Investigation of mini-reformer for hydrogen production

以解决小功率燃料电池氢源问题为目的,研制了集原料预热、甲醇水蒸气重整（MSR）、催化燃烧、水汽变换（WGS）于一体的自热式重整制氢反应器。通过条件实验考察了操作温度、甲醇气体空速、水醇比（W/M）等操作条件对重整反应的影响,并在苛刻条件下进行了稳定性研究。实验证明,反应器最大净产氢量可达90 L/h,可为百瓦级质子交换膜燃料电池提供氢源。     

国外甲醇制氢微通道反应器开发现状

阐述了微通道反应器特点及甲醇重整制氢微通道反应器的应用现状,重点介绍了国外开发的甲醇重整制氢微通道反应器及系统,简要分析了甲醇重整制氢微通道反应器研究目前存在的问题.     

板翅式反应器中甲醇水蒸气重整制氢

研制了一种高效板翅式反应器,其特点是体积相对较小,便于放置,便于扩大规模;集预热、气化、重整、催化燃烧于一体;板翅式反应器内部热量利用合理,放热反应与吸热反应、气化与冷却之间实现了较好的热量耦合;可实现完全自供热.在反应器中进行了一系列甲醇水蒸气重整的实验,考察了不同条件对甲醇重整制氢过程的影响、对反应器床层温度分布的影响,及反应器的稳定性.另外,由于板翅式结构的良好传热性,甲醇水蒸气重整在获得较高转化率的同时重整气中CO浓度较低,且反应器的稳定性良好.     

甲醇水蒸气催化重整制氢技术研究进展

针对甲醇水蒸气催化重整制氢的应用背景,综述了甲醇水蒸气重整制氢的反应机理和动力学,对用于该反应的催化剂进行了总结分类,阐述了催化剂制备和反应阶段相关因素对催化剂特性的影响。在此基础上,指出甲醇水蒸气重整制氢技术研究与应用存在的问题与瓶颈,并对两种创新的研究--太阳能驱动的甲醇水蒸气重整制氢技术和甲醇重整制氢微通道反应器的开发技术进行了总结展望。     

CuO/ZnO/Al2O3不锈钢纤维毡结构整体催化剂的甲醇水蒸气重整制氢性能

以切削法制备的商用多孔不锈钢纤维毡为催化剂载体,采用浸渍法制备CuO/ZnO/Al₂O₃结构整体催化剂,研究其对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。采用扫描电镜(SEM)对多孔不锈钢纤维毡结构整体催化剂进行微观形貌分析。通过改变反应空速和反应温度,考察结构整体反应器与固定床反应器的制氢性能。结果表明：相比于固定床反应器,填充不锈钢纤维毡结构整体催化剂的反应器可强化反应过程的传质和传热,在反应温度为280℃时,氢气流量为0.55 mol/h,甲醇转化率为95.07%;不锈钢纤维毡结构整体催化剂可降低甲醇水蒸气重整制氢的反应温度,减少反应系统的能量消耗。     

操作参数对余热回收甲醇水蒸气重整制氢过程的影响

以模拟汽车尾气供热的甲醇水蒸气重整（MSR）制氢反应为研究对象,设计了集余热加热与MSR制氢反应于一体的肋式微反应器,考察了反应器进口热风速度、温度,反应物进口速度、温度、水醇比及顺逆流情况对MSR制氢过程的影响。计算结果表明,逆流、水醇比1.3、热风进口速度1.1 m/s、温度773 K、反应物进口速度0.1 m/s、温度493 K为该反应过程的最佳工况参数,此时甲醇转化率为99.4%,模拟汽车尾气余热的热效率为28%,反应器出口氢气的体积分数为69.6%。研究结果对开展余热综合利用及发动机尾气重整制氢掺氢燃烧的研究有借鉴意义。     

物流分布对板翅式制氢反应器性能的影响

建立了板翅式制氢反应器中的三维数学模型,并采用此模型对反应器内部的温度分布进行了数值计算,并且和实验结果相结合,对不同方式的燃烧气流分布的效果进行分析。计算和分析结果均表明:燃烧气流分布均匀与否对反应器性能的影响较大,通过改进气体分布可以有效地改善反应器内部的温度分布及反应性能。     

加热方式对甲醇蒸汽重整特性的影响

为了进一步提升重整器的热效率和启动特性,设计了一种紧凑型内部加热管式反应器用于甲醇蒸汽重整现场制氢。对比研究了内外2种加热方式对反应器启动性能、床层温度分布、甲醇转化率和反应器热效率的影响。结果表明：与外部加热相比,内部加热仅需8%的加热功率即可达到反应温度,且启动时间减少了46.2%。内部加热时由反应导致的温差,以及反应温度和空速对床层温度分布的影响均小于外部加热,甲醇转化率优于外部加热。反应器热效率随着反应温度的增大略微减小,但随着空速的增大而增大。当空速为4 000 mL/(g·h)时,采用内部加热的反应器热效率为75.4%,为外部加热的2.2倍,甲醇转化率比外部加热时提升7.2%。该内部加热反应器可用于调节电网负荷的分布式制氢场合。     

基于催化剂活性分布的甲醇重整制氢研究

为了探索填充床内催化活性分布对甲醇重整制氢的影响,文中采用铜基催化剂设计了3种不同活性布置的催化剂床层,并在管式反应器内开展了实验研究,考察了3种不同活性分布的床层上空速和温度对甲醇转化率及产氢速率的影响。通过甲醇蒸汽重整实验表明,3种床层上甲醇转化率及产氢速率随着反应温度和空速的变化规律相同。但床层Ⅰ的催化剂布置形式,改善了局部热效应,提高了催化剂的利用效率。结果显示:床层Ⅰ的催化剂布置形式优于其他2种催化剂布置形式;相同催化剂用量下,床层Ⅰ中的甲醇转化率比床层Ⅱ的甲醇转化率提高9.91%;最佳的活性布置方式是,催化剂用量由反应器入口到出口梯级增加。且在甲醇裂解实验中,床层Ⅰ中的H2体积分数高于床层Ⅱ中的。     

微细通道尺寸对甲醇水蒸汽重整反应性能影响

针对微细通道反应器内甲醇水蒸汽重整制氢反应,建立了二维稳态多组分传输反应模型.分析了通道几何尺寸的变化对产物的组成以及通道内部温度分布的影响.结果表明,通道长高比的增加能增强通道壁面与流体的换热性能,提高甲醇转化率和产物中氢含量,但同时也会造成产物中CO含量的增加,影响到质子交换膜燃料电池的正常工作.