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。     

仿蜂巢微通道分叉结构的甲醇重整制氢

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型;利用数值模拟分析,分别研究了平行阵列微通道和仿蜂巢分叉微通道在Zn_Cr/CeO₂/ZrO₂催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器均可促进甲醇转化率和氢气产率的提高。与常规平行微通道的比较发现,仿蜂巢分叉微通道内反应气流动所需的泵功较小;在相同的加热面积下所能吸收的热量更大,而且更有利于反应器内温度的均匀分布,从而提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量。研究结果表明,仿蜂巢分叉微通道结构具有较好的重整制氢综合性能,并可改善氢气产出的品质。     

催化活性分布对甲醇水蒸气重整制氢的影响

为了强化微通道中甲醇水蒸气重整制氢,考察了催化表面活性分布对该反应过程的影响。利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对微通道中甲醇水蒸气重整进行了二维数值研究。计算表明,在相同的反应条件下,通过微通道壁面上催化活性的合理分布可以提高反应器出口甲醇的转化率,这一效果在低进口温度和高速度下更为明显,在进口温度为453 K、进口速度为1.0 m/s下转化率最大提高46%。合理的活性分布应是进口处活性较低,沿着反应通道活性逐渐增加。这种催化活性分布还可降低反应通道中的冷点温差。     

甲醇水蒸气重整工艺的优化

甲醇在常温常压下为液态且具有极高的载氢密度，因而是一种较为理想的载氢介质。甲醇重整反应器的设计对于甲醇在线重整制氢燃料电池系统的设计具有重要意义。对于甲醇重整反应器，反应温度较高时重整气中CO浓度高，不利于后续的CO深度脱除；而反应温度较低时，甲醇转化率与液相空速低，会导致催化剂利用率低并且反应器体积较大。基于以上问题，本工作提出了一种由第一段300℃下等温重整和第二段300℃～220℃下绝热重整组成的两段变温重整工艺。基于Aspen Plus对该工艺进行了模拟研究，证明该工艺在理论上可以实现。然后通过固定床反应器进行实验研究，结果表明在甲醇完全转化的条件下，本变温工艺的甲醇液相空速为4.08h^-1，重整气中CO浓度为0.56%，重整制氢效率为108.98mL/(min·mL催化剂)。而220℃下等温重整工艺的液相空速为1.5h^-1，重整气中CO浓度为0.40%，重整制氢效率为44.89mL/(min·mL催化剂)。变温工艺可以在较大的液相空速下获得更高的重整制氢效率，降低催化剂用量，使重整器结构更加紧凑。同时，与300℃下等温重整工艺相比，...     

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.     

车载甲醇重整微型反应器研究进展

阐述了甲醇重整制氢的现实意义及车载甲醇重整微型反应器在燃料电池汽车中的重要性;介绍了不同甲醇重整制氢工艺的技术特点;并分析了车载反应器中合适的工艺技术。介绍了适用于车载反应器的甲醇重整催化剂的研究现状及微型反应器结构设计的研究现状,最后简述了车载甲醇重整气中CO的去除方法。分析结果表明,甲醇水蒸汽重整及自热重整适用于车载重整制氢,而研制低温下活性高、选择性好、成本低的催化剂是研究的主要方向。通过对反应器的结构、流道的优化可以使反应器更加高效,CO选择性高且活性高的催化剂在CO去除方法里尤为重要。     

耦合吸放热反应的反应器中热匹配特性研究

车载制氢自热反应器的高效运行需要两侧通道的热量产生与消耗同步匹配。对耦合氢气催化燃烧的某甲醇水蒸气重整制氢微通道反应器进行理论模拟,分析其中温度、热量和组分浓度变化规律,得到了两侧吸放热过程的热匹配特性及其对反应器性能的影响。在此基础上,选择催化剂活性和壁面材料作为设计调节参数,以改善由于不良热匹配出现的冷热点、催化剂利用不完全以及反应性能不理想等问题。结果表明：基本案例由于不良热匹配导致出现局部热点(796.09 K),重整和燃烧侧的催化剂利用率分别为90%和60%;通过减少燃烧侧指前因子到1.5×10⁶并且壁面材料使用SiC使反应器内热流的产生和消耗达到平衡,反应器达到最高温度681.82 K后接近等温运行,两侧的催化剂利用率接近100%。     

甲醇制氢的燃料电池技术及应用

以质子交换膜燃料电池为例 ,介绍了甲醇蒸汽重整、甲醇分解以及甲醇部分氧化重整制氢为燃料电池提供燃料的催化反应机理、反应条件、催化剂性能等 ,并提出了甲醇制氢的质子交换膜燃料电池的优越性及应用前景。     

甲醇制氢技术及在燃料电池中的应用

介绍甲醇制氢工艺、催化剂和甲醇制氢技术在燃料电池中的应用,重点阐述甲醇裂解制氢、甲醇重整制氢和甲醇氧化制氢的相关技术及经济性.     

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.