甲醇重整制氫耦合溫差發(fā)電特性及催化劑稀釋的影響研究.pdf

1、化石能源是目前全球消耗最多的能源,然而化石能源在進(jìn)入工業(yè)時代后的200年來被大量消耗,部分化石能源甚至行將枯竭。為應(yīng)對能源危機(jī),各國均致力于尋找替代能源,尤其是一種清潔的汽車能源供給方式。甲醇蒸汽重整(MSR)由于可以為燃料電池汽車用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)提供氫燃料而受到廣泛關(guān)注。而MSR反應(yīng)過程中出現(xiàn)的“冷點(diǎn)”和溫度分布不均勻問題是優(yōu)化MSR反應(yīng)需要解決的難題。本文研究了甲醇重整制氫耦合溫差發(fā)電特性,催化劑稀釋比以及催化劑稀

2、釋比分布對MSR反應(yīng)中甲醇轉(zhuǎn)化率以及氫氣產(chǎn)率的影響。主要包括以下內(nèi)容:
　　首先將MSR與低品位廢熱能源應(yīng)用相結(jié)合,進(jìn)行了MSR制氫耦合溫差發(fā)電實驗研究,得到了重整器溫升特性、溫差發(fā)電模塊特性和重整器性能等各項參數(shù)。結(jié)果表明由于MSR為強(qiáng)吸熱過程,可以保持溫差發(fā)電模塊兩端溫差而提高溫差發(fā)電模塊效率。溫差發(fā)電模塊效率隨空速增大而增加,隨著重整通道溫度提高而提高。得到溫差發(fā)電模塊單模塊的最大開路電壓為2V,模塊發(fā)電效率沿著反應(yīng)物流動方

3、向逐漸降低,且越靠近入口方向,其變化越劇烈。綜合考慮CO含量、甲醇轉(zhuǎn)化率、氫氣產(chǎn)率以及加熱器換熱效率等因素,重整器入口溫度為235℃、甲醇水溶液空速3.0h-1是本實驗較優(yōu)的操作工況。
　　其次針對反應(yīng)器催化劑床層進(jìn)行了不同稀釋比條件下的MSR實驗,綜合考慮氫氣產(chǎn)率、甲醇轉(zhuǎn)化率以及CO含量等因素得到適合該反應(yīng)器的催化劑稀釋比為1.2。實驗結(jié)果表明對于尺寸較大的反應(yīng)器由于更易受到傳熱傳質(zhì)的限制,存在一定空速范圍內(nèi)甲醇轉(zhuǎn)化率隨空速增大

4、而提高的現(xiàn)象,該現(xiàn)象隨反應(yīng)器內(nèi)溫度升高而減弱。進(jìn)一步開展了不同催化劑稀釋比分布條件下甲醇水蒸氣重整制氫實驗,對比了催化劑均勻分布、催化劑梯級分布形式Ⅰ、催化劑梯級分布形式Ⅱ以及催化劑反比例函數(shù)分布實驗結(jié)果,在催化劑分布形式Ⅰ得到最高甲醇轉(zhuǎn)化率、最小“冷點(diǎn)”溫差以及最大氫氣產(chǎn)率。結(jié)果還表明:反應(yīng)器入口段稀釋比越大冷點(diǎn)溫差越小,冷點(diǎn)位置越靠后。在一定程度上增加反應(yīng)器入口段稀釋比可以縮小“冷點(diǎn)”溫差,提高甲醇轉(zhuǎn)化率以及氫氣產(chǎn)率,然而入口段稀釋