氫能具有能量密度高和溫室氣體排放量少的特點,是一種很有潛力的替代燃料。燃料電池技術是一種高效利用氫能的技術,在汽車、船舶等可移動設備上具有很大的應用前景,目前氫燃料電池中的供氫問題制約了氫能和燃料電池的廣泛應用。運用甲醇蒸汽重整進行現(xiàn)場制氫成為有效解決上述問題的途徑之一,然而反應物的均勻分配對微通道反應器內(nèi)制氫性能具有重要影響,本課題針對一種新型歧管結構的微通道反應器進行甲醇蒸汽重整制氫性能的研究。反應物流量的均勻分配有利于提高反應器的傳熱傳質(zhì)特性,從而影響甲醇蒸汽制氫反應的性能。在制氫反應器中引入新型樹狀歧管進口結構,對不同級數(shù)的歧管結構進行流量分配均勻性實驗,與數(shù)值模擬結果對比,驗證該歧管結構具有較好的反應物流量均勻性。在此基礎上,確定微通道反應器的尺寸參數(shù),進行制氫實驗系統(tǒng)的搭建。在新型微通道反應器中采用商用Cu/ZnO/Al2O3催化劑,通過實驗研究操作條件對甲醇蒸汽反應性能的影響。分別研究了水醇比、液體空速、反應溫度與催化劑粒徑對甲醇轉化率、氫氣產(chǎn)率以及產(chǎn)物中各氣體含量等制氫性能系數(shù)的影響,總結實驗規(guī)律并提出本系統(tǒng)適宜的工況。實驗結果表明,當催化劑粒徑分布150-200目（7... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

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圖１－１管式反應器結構圖＾??目前，管式反應器內(nèi)甲醇重整是一種相對成熟的技術，但軸向溫度梯度大和??催化劑的燒結導致反應器內(nèi)的壓降增大等問題，限制了其在工業(yè)上的進一步應用

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文??＾ＧｒｉｂｏｖｓｋｉｙＭ提出了一種自熱型的管式反應器，如圖１－１所示，該反應器蒸發(fā)??器、進料系統(tǒng)、兩層膜、負載催化劑的催化單元、和一個焊有入口及出口的外殼。??催化單元是由一個用于甲醇蒸汽重整的中心區(qū)域（直徑３０ｍｍ）和一個甲醇放熱氧??化的外環(huán)區(qū)域（內(nèi)徑３６ｍｍ、外徑５２ｍｍ）組成。制氫實驗與數(shù)值模擬的結果表明，??系統(tǒng)甲醇氧化放熱和制氫吸熱的效率受到反應溫度和入口流速的影響，當反應溫??度為２９０°＿Ｃ、甲醇摩爾流速為１０ｍｍｏｌ／ｍｉｎ時，系統(tǒng)效率達到最大為５７％，此時??甲醇轉化率為８２％，產(chǎn)氫率為３０．６?Ｌ／ｈ。??ｎｉｔ?ｆｉ?＇Ｓｍ?？??ｃ—，ｙ??蒸發(fā)器??圖１－１管式反應器結構圖＾??目前，管式反應器內(nèi)甲醇重整是一種相對成熟的技術，但軸向溫度梯度大和??催化劑的燒結導致反應器內(nèi)的壓降增大等問題，限制了其在工業(yè)上的進一步應用。??板式反應器通常集成甲醇吸熱反應和放熱反應，通過隔板進行熱量傳遞為重整反??應提供熱源，具有結構緊湊、容易擴大規(guī)模、換熱性能好等特點［１Ｍ９］。??１５＊?１４＊?１３＂??ｉ：三丨�。�?Ａ＼Ｘ＼．ＶＷ＼＼Ａ??１—孓３?＊￥Ｔ—＇?分配＾？燃燒尾氣帶孔板翅結構＾??￣?Ｙ?ｃｈ；ｏｈ＋ｈ２ｏ??ａ）配置圖?ｂ）反應器結構圖??圖１－２板翅式反應器［２Ｗ??Ｐａｎ等設計了一種將吸熱和放熱反應集成到一個單元中的板翅式反應器??（卩？１〇，尺寸為１５〇１１１１１１＼１２５１１１１１１＼４〇１１１１１１，如圖１－２所示。該？？１１單元由一個??重整室、兩個蒸發(fā)室和兩個燃燒室組成，增加腔室數(shù)便可達到集成擴大的目的。??實驗結

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文??增強反應器的傳熱性能，同時達到高甲醇轉化率和低Ｃ０濃度的效果。??隨著微加工技術的發(fā)展，結構尺寸更小的微反應器得到了更多的關注。相較??于管式反應器和板式反應器等傳統(tǒng)反應器，微反應器具有更高的表面積體積比以??及更好的傳熱傳質(zhì)性能，有利于制氫催化劑利用率的提高及制氫性能的提高，容??易實現(xiàn)規(guī)模的擴大及與燃料電池的集成化。目前，用于甲醇重整制氫微反應器主??要有有蛇形通道、平行通道、柱形交叉通道、徑向流動通道及其它形式微反應器［２１］，??如圖１－３所示。??ｉｉｉ?闕??ａ）蛇形通道?ｂ）平行通道?ｃ）柱形交叉通道?ｄ）徑向流動通道??圖１－３常見微通道反應器類型［２１］??Ｋａｗａｍｕｒａ等［２２］以硅為反應器材料，制造了一種蛇形通道微反應器的小型甲醇??重整裝置，如圖１－４所示，反應器尺寸為２５ｘ１７ｘ１．３?ｍｍ３，通道總長為３３３?ｍｍ，??截面積為０．６ｘ〇．４?ｍｍ２。在入口流速為１．６?ｍＬ／ｈ反應條件下的重整制氫實驗結果表??明，高性能的催化劑可以比使用商用催化劑獲得更高的產(chǎn)氫率，產(chǎn)氫率能達到０．０５??ｍｏｌ／ｈ，基于較低的氫氣熱值２４１?Ｘ?１０３?Ｊ／?ｍｏｌ，該氫氣產(chǎn)生率對應于３．３?Ｗ的氫氣??功率，該微反應器被證明能夠維持適合于１Ｗ級設備（如移動電話）的產(chǎn)氫率。??＾?ｙ薄膜加熱器?■??二氧化娃層■??■??漏?ｌｊ＼?？■板?｜?＝＾１??ａ）二維模型?ｂ）微通道結構圖??圖ｉ＿４小型甲醇重整裝置？??Ｓｏｈｎ等ｔ２３］提出了一種自熱型的甲醇蒸汽重整制氫微通道反應器，其結構如圖??１－５所示。反應薄片是含有１２條長１００?ｍｍ、寬４５０?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3442111