余熱回收式甲醇水蒸氣重整制氫微反應(yīng)器性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，我國(guó)車輛數(shù)目急劇增加。研究表明，汽車以廢熱形式排出的能量占燃料總能量的55％-80%，因此汽車尾氣浪費(fèi)了大量能源，尾氣余熱回收對(duì)于提高燃料利用率，減少環(huán)境污染非常重要。同時(shí)，隨著化石燃料的日益枯竭，尋找新的可代替清潔能源引起全世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注。而氫氣具有很多優(yōu)良特性，并且燃燒產(chǎn)物為水，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染，是突出的替代品之一。在各種制氫技術(shù)中，甲醇水蒸氣重整制氫以反應(yīng)溫和、氫氣產(chǎn)量高等特點(diǎn)引起業(yè)界關(guān)注。該反應(yīng)是吸熱

2、過(guò)程，利用汽車尾氣余熱為該反應(yīng)供熱既可以回收其熱量提高燃料利用率；同時(shí)生成清潔的氫氣，可送入內(nèi)燃機(jī)燃燒，提高燃料燃燒效率并減少污染物排放。
　　有鑒于此，本文設(shè)計(jì)了汽車尾氣加熱的甲醇水蒸氣重整制氫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將加熱器和平板微反應(yīng)器組合，甲醇水蒸氣混合物通入重整側(cè)，熱風(fēng)槍加熱空氣模擬汽車尾氣通入加熱側(cè)給反應(yīng)器供熱?？疾炝思訜峥諝膺M(jìn)口溫度從574K增加到884K時(shí)，重整器的溫升特性、加熱器性能及甲醇水蒸氣重整反應(yīng)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著

3、尾氣進(jìn)口溫度的增加，甲醇轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氫率均先增加后趨于平穩(wěn)。
　　然而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分離式的板式反應(yīng)器和加熱器反應(yīng)系統(tǒng)傳熱效果不理想，系統(tǒng)熱量損失較大，因此進(jìn)一步設(shè)計(jì)了集加熱與反應(yīng)于一體的肋式反應(yīng)器。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，然后在同等條件下對(duì)同體積的肋式反應(yīng)器和板式反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比數(shù)值分析。結(jié)果表明肋式反應(yīng)器的反應(yīng)側(cè)和熱風(fēng)側(cè)的出口溫差均小于板式反應(yīng)器且甲醇轉(zhuǎn)化率及熱效率高于板式反應(yīng)器，說(shuō)明肋式反應(yīng)器的傳熱性能優(yōu)于板式反應(yīng)器。
　

4、　在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了不同材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)肋式反應(yīng)器中甲醇水蒸氣重整制氫及傳熱性能的影響。結(jié)果表明不銹鋼為反應(yīng)器的材料，半徑為35mm，中間隔板位置在距離軸心26mm，單個(gè)反應(yīng)單元角度為10°為該條件下最佳的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。隨后對(duì)確定的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，考察了熱風(fēng)進(jìn)口速度、溫度，反應(yīng)物進(jìn)口速度、溫度，水醇比及順逆流等操作參數(shù)對(duì)甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)性能的影響。結(jié)果表明，逆流、水醇比為1.3、熱風(fēng)進(jìn)口速度為1.1m/s、溫度為773K，反