车载二甲醚重整制氢反应器性能优化研究

发布时间：2017-10-05 04:21

  本文关键词：车载二甲醚重整制氢反应器性能优化研究

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【摘要】：氢能是一种可再生能源,在汽车行业中,尤其以氢能电车的发展为耀点。但是由于氢气的运输、存储等存在技术难点,所以氢能的研究又偏向携带氢量比较高的有机化合物或其他物质。在这之中,由于二甲醚无毒、含氢量高、容易存储和运输、环境友好等特点,受到很多学者的关注和研究。同时,二甲醚水蒸气重整反应可以扩展其在燃烧领域的应用和环境保护的作用。因此为了深入和系统的开展二甲醚水蒸气重整制氢反应,开发高性能的二甲醚重整制氢反应器势在必行,同时也有利于推动二甲醚重整制氢技术的发展和其学术价值。本文主要是基于燃料化学、动力学知识和热力学相关理论知识对二甲醚重整反应器进行性能优化研究。在对二甲醚重整反应器进行优化的过程中对二甲醚重整反应进行了动力学研究,建立了二甲醚重整反应器的数学模型,获得二甲醚重整反应器优化方法,并通过实验获得了验证。首先基于通过对二甲醚水蒸气重整制氢反应的动力学研究,建立了二甲醚重整反应器的动力学二维模型,同时通过L—H机理推导出二甲醚水蒸气重整的简化基元反应的反应速率方程,并且通过修正阿伦尼乌斯方程的指前因子来获得速率常数。在确定水醚比、压力等条件下,总结出了二甲醚水蒸气重整反应的影响规律。其次,在动力学模型的基础上建立二甲醚重整反应器数值模拟模型,对反应器内的传输方程进行了详细的研究,包括动量方程、能量传递方程和质量传递方程等。同时分析了二甲醚重整反应器内的温度分布、换热器的热量传递和流速的变化情况。最后建立了三维二甲醚重整反应器的物理模型。对所建立的数学模型进行实验验证,实验证明,模型可靠。最后,应用所建立的数学模型,再次对二甲醚重整反应器的性能优化研究,确定了操作参数与结构参数对反应器性能的影响。二甲醚重整反应的反应速率随着温度的升高而增加,随着压力的变化而变化不大,随着二甲醚重整反应器长度的增加,温度先降低后增加,温度最初降低是因为二甲醚水蒸气重整反应是吸热重整反应,温度再增加是因为随着反应床长度的增加,热传递效率逐渐增加。随着二甲醚重整反应床长度的增加,2和C2的体积分数快速增加,同时二甲醚和水蒸气的体积分数会相应的降低。随着排气速度的增加,二甲醚转化率和氢产率都会增加。同时,增加水醚比可以提高二甲醚转化率和氢产率。本论文的研究可为车载二甲醚重整制氢反应器的设计和研究提供一定的理论支持和依据。
【关键词】：二甲醚 车载重整反应器 制氢 性能优化
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 二甲醚重整制氢的方法及催化剂15-20
• 1.2.1 二甲醚水蒸气重整制氢15-18
• 1.2.2 二甲醚部分氧化重整制氢18-19
• 1.2.3 二甲醚自热重整制氢19-20
• 1.2.4 二甲醚等离子体重整制氢20
• 1.3 二甲醚重整反应器的研究现状20-27
• 1.3.1 管式重整反应器21-22
• 1.3.2 板式重整反应器22-23
• 1.3.3 微通道重整反应器23-25
• 1.3.4 膜重整反应器25-27
• 1.4 研究的目的和意义27
• 1.5 本课题研究内容27-29
• 第二章 二甲醚重整反应动力学研究29-40
• 2.1 二甲醚重整反应器的化学反应性能29-30
• 2.2 动力学模型及反应速率30-31
• 2.3 模型验证31-33
• 2.3.1 实验条件的确定31
• 2.3.2 实验流程31-32
• 2.3.3 实验验证结果32-33
• 2.4 结果与讨论33-38
• 2.5 小结38-40
• 第三章 二甲醚重整反应器数学模型40-55
• 3.1 数学模型和控制方程40-44
• 3.1.1 流程说明40
• 3.1.2 数学模型40-42
• 3.1.3 边界条件42
• 3.1.4 化学反应模型42-43
• 3.1.5 计算方法43-44
• 3.2 模型验证44-46
• 3.3 结果与讨论46-53
• 3.3.1 几何参数的影响46-49
• 3.3.2 排气速度的影响49-52
• 3.3.3 水醚比的影响52-53
• 3.4 结论53
• 3.5 小结53-55
• 第四章 二甲醚重整反应器的性能优化研究测试55-76
• 4.1 仿真与实验之间的二甲醚重整反应器性能的对比55-61
• 4.1.1 温度55-57
• 4.1.2 空速57-59
• 4.1.3 压力59-60
• 4.1.4 稳定性对比60-61
• 4.2 结构参数对二甲醚重整反应器性能的影响61-69
• 4.2.1 二甲醚重整反应器长度对反应器性能的影响62-64
• 4.2.2 二甲醚重整反应器径向长度对其性能的影响64-67
• 4.2.3 换热器对二甲醚重整反应器性能的影响67-69
• 4.3 操作参数对二甲醚重整反应器性能的影响69-75
• 4.3.1 温度对二甲醚重整反应器性能的影响69-72
• 4.3.2 空速对二甲醚重整反应器性能的影响72-73
• 4.3.3 压力对二甲醚重整反应器性能的影响73-75
• 4.4 小结75-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

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