进气管通道直径对直接内部甲烷蒸汽重整性能的影响

蒸汽重整对于固体氧化物燃料电池利用甲烷等燃料具有很明显的优势,基于CFD商业软件及对应燃料电池多孔介质内多组分流动和扩散、传热传质、电化学反应、电流场等复杂的物理过程和电化学反应所开发的程序,对平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(PES-SOFC)甲烷蒸汽重整过程进行数值计算,得到不同排气管通道直径下燃料电池内部各气体组分摩尔分数、温度、温度梯度、输出电压等参数的分布。在通道直径为0.004 5 m时,输出电压最高,达到0.4923 V,同时在通道直径为0.004 5～0.005 m范围,能保证比较优化的温度分布。     

反应机理分布对甲醇蒸汽重整制氢过程的影响

为强化微通道中甲醇蒸汽重整过程,考察了反应机理分布对制氢的影响。利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对该过程进行了数值研究。计算表明,在相同反应条件下,采用贵金属催化剂所对应的反应机理的甲醇转化率较高,但其成本相应高。通过对催化表面上催化剂的分段布置,可以提高甲醇转化率,且在低温和高进口速度时更有效。在铜基和贵金属催化剂用量相等和温度453 K、进口速度0.4 m.-s1时甲醇转化率提高2.7%。     

Dulong-Petit传热规律下甲烷蒸汽重整反应器熵产率最小化

基于有限时间热力学理论,考虑管式活塞流转化管外热源与管内混合反应物间传热服从Dulong–Petit传热规律[q∝?(T)~(1.25)],对管式活塞流反应器中的甲烷蒸汽重整反应进行优化。在管外热源温度分布完全可控及氢气(H_2)产率、进口压力、进口反应混合物总摩尔流率和惰性气体氮气(N2)的摩尔流率均给定的条件下,以化学反应、粘性流动、传热过程的总熵产率最小为目标,应用非线性规划数值方法对反应器的最小熵产率以及管外温度的最优分布进行了数值求解,并与管外热源温度恒定、热源温度线性变化的两种参考反应器以及分别服从牛顿传热规律[q∝?(T)]和线性唯象传热规律[q∝?(T~(–1))]的最优反应器进行了比较。结果表明,最优反应器与2种参考反应器相比熵产率降低了58%以上;对反应器进行预加热有利于减小反应器的熵产率;对于最优反应器,中间段区域存在恒定的化学驱动力或恒定的热驱动力;传热规律对SMR反应器的热源与反应物温度最优构型及最小熵产率均有显著影响。     

微燃烧器内甲烷催化燃烧的数值模拟

联合使用CFD软件、FLUENT和化学反应动力学软件DETCHEM对甲烷—空气混合物在有逆流换热的微燃烧器内的催化燃烧进行了数值模拟。计算中只考虑了甲烷在催化表面上的反应。燃料一空气混合物的当量比为0．4,燃烧器外壁面分剐采用等温边界条件和与环境的对流换热边界条件,并比较了这两种边界条件对可燃混合气燃烧的影响。计算结果表明,催化燃烧可以实现常规方法无法实现的甲烷低温、高效转变。     

炭体系下二氧化碳重整甲烷三维数值模拟

炭催化CO2重整CH4.制合成气是实现煤炭资源的多联产和洁净化利两相流第二相体积份额大小影响的欧拉双流体模型的基础上,结合多个异相催化反应动力学模型,建立了包含传热、传质、化学反应在内的炭体系下二氧化碳重整甲烷反应器三维数学模型.利用该模型对 12 mm实验室反应器进行了三维数值模拟,得到了重整反应器内气体浓度分布、速度分布、以及产物中H2/CO摩尔比等重要参数.数值模拟结果与试验结果基本吻合.对指导重整反应器的放大和工业应用具有指导意义.     

定壁温下甲烷自热重整产氢暂态特性数值模拟

采用甲烷自热重整的详细反应机理,通过数值模拟的方法研究了恒壁温、微型直通道内的CH4、O2、H2O镍基催化剂上的自热重整反应。重点分析了混合物组分及质量流量对自热重整产氢暂态特性的影响。结果表明,在较高温度下,微型反应器出口H2产量达到最大值所需的时间受混合气质量流量影响较大,而受混合物组分影响很小;氢气产量达到稳定所需的时间随H2O、CH4摩尔比的增大而缩短,随O2/CH4摩尔比的增大而增长。CH4/O2/H2 O摩尔比为1∶0.5∶3.5时,氢气体积分数可在90 ms时稳定于54%。     

介质阻挡放电辅助甲烷蒸汽重整的实验研究

利用介质阻挡放电辅助甲烷蒸汽重整试验平台进行了大量试验,基于试验数据系统地分析了350-500℃温度下蒸汽甲烷摩尔比(S/C)、反应物驻留时间、壁面温度及输入功率等对甲烷转化率、有效碳回收率及产物选择性等指标的影响规律,并考察了不同影响因素之间的相互作用关系。研究发现:驻留时间对各指标的影响最为明显,在不同壁面温度下,随着驻留时间的增加,产物选择性出现转折性变化,由60%左右下降到20%左右;与驻留时间的影响不同,随着输入功率或S/C的增加,重整特性的各评价指标均呈现缓慢增长趋势;而温度对等离子体辅助甲烷蒸汽重整结果是否有影响与驻留时间、输入功率等参数有关,只有当驻留时间大于0.59 s时,温度对重整反应的影响变得较小,且当输入功率也大于80 W时,温度对重整反应不再有影响。     

滑动弧等离子体协助甲烷蒸汽重整制氢

采用甲烷为主要原料,在常温和常压条件下,利用滑动弧等离子体放电技术,进行了甲烷与空气、水蒸气重整反应的试验。试验研究了过量空气系数、反应气流量和水蒸气含量等参数对甲烷与空气、水蒸气重整反应的影响,并对重整副产物进行了分析。试验表明,当过量空气系数为0.8时,氢气选择性最高可达到45.9%;反应气流量达到14L/min时,单位氢气生产成本最低;在反应气中加入一定量的水蒸气,有利于重整反应的进行。     

甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟

用详细化学反应机理研究了微型直通道中甲烷／空气预混气体在镀Pt热壁上的催化燃烧问题．联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM,对微型直通道中当量比在0．01～10．0范围之间的甲烷/空气预混气体的催化燃烧进行了数值模拟．计算结果表明,在微尺度催化燃烧中当量比和温度对甲烷催化转化率、转化速度有重要的影响．     

Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性数值模拟

印刷电路板式换热器(PCHE)在太阳能、液化天然气等领域有广泛的应用前景。为了分析结构参数和运行参数对PCHE Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性的影响,本文采用Fluent软件进行模拟研究。数值结果表明,微通道直径越小、质量流速越大、出口压力越小,越有利于微通道内的冷热流体换热,但微通道内的压降也越大。研究成果将为PCHE的优化设计提供重要参考。     

天然气自热重整模块化流化床膜反应器的测试

针对燃料电池等行业对分布式高纯度氢气的需求,研发了一种新型模块化流化床膜反应器用于中小规模天然气水蒸汽自热重整制氢.在一个天然气制氢测试平台上对该反应器进行了中试研究,测试了空气引入方式对床层温度均匀性的影响,钯膜组件及催化剂的工作性能,并将反应器尾气成分与平衡态最小自由能模型预测的结果进行了比较.测试结果表明该新型模块化流化床膜反应器适于天然气自热重整制氢.     

基于太阳能热驱动甲烷重整制氢的燃料电池发电系统性能研究

该文采用Aspen Plus软件建立膜反应器重整制氢及燃料电池模型,根据拉萨某日太阳能直接辐射强度（DNI）变化计算太阳能可供使用的能量,作为外热源输入重整系统,并分析反应温度、水碳比（S/C）及DNI对该系统各性能指标的影响,性能指标包括甲烷转化率、H₂收率、电池功率及电压、太阳能转换为氢能的效率。结果表明：反应温度为500 ℃,S/C为2.5时有利于太阳能甲烷湿重整反应;系统日性能结果显示在某日10:00—20:00时,电池输出功率120 kW,太阳能-化学能转化效率0.368,系统发电效率0.225。     

基于太阳能的甲烷重整制氢技术研究进展

该文对近年来有关太阳能甲烷重整制氢技术的研究进行回顾。首先从甲烷重整反应制氢的工艺流程及其热力学与动力学特性角度,介绍甲烷重整反应的基本特点。其次,从高效、低成本催化剂体系开发以及新型反应器性能研究等两个方面重点回顾近年来关于太阳能甲烷重整技术的研究进展。最后,从高效催化剂开发研究、新型反应器设计以及制氢成本控制等方面,给出基于太阳能的甲烷重整制氢技术的未来发展方向。     

生物质快速裂解油水蒸汽催化重整制氢的研究

对生物质快速裂解油在700～900℃温度范围内分别进行了高温裂解(空白实验1)、水蒸汽重整(空白实验2)和水蒸汽催化重整.实验结果表明:温度是影响各组实验结果的关键因素.较高温度下(>800℃)水蒸汽的存在更好地促进了生物质油裂解中间产物的水气变换反应.在有足量水蒸汽存在的情况下,镍基催化剂的存在可以在较低温度下得到较高的氢摩尔分率、目的产品气纯度、氢产率和气相产品碳元素选择性,温度高于850℃时,镍基催化剂只对气相产品中的一氧化碳和甲烷的水气变换反应有促进作用,气相产品碳元素总体选择性此时只受温度的影响.     

聚热式太阳能蒸汽发生系统性能研究

为提高汽化温度,获得较高产蒸汽效率,根据聚热集能及局域加热的原则,设计并搭建无需复杂聚光元件,经济可靠的聚热式太阳能蒸汽发生系统.聚热式太阳能蒸汽发生系统中,顶部热损远高于底部和侧面热损的总和,采用双层玻璃盖板,可减少41％的顶部热损.实验表明:采用聚热集能及双层玻璃盖板减少热损可使水汽化温度达到沸点(94℃).典型晴...     

生物质快速裂解油蒸汽催化重整制氢研究进展

介绍了生物质快速裂解油制氢的研究发展过程并对其工艺过程、重整机理及催化剂研究进行了总结性的阐述,并进一步阐明目前该制氢方法存在的技术难点、研究重点以及未来发展方向.     

PVP对染料敏化太阳电池特性的影响

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成膜剂,采用刮涂的方法制备染料敏化太阳电池光阳极中的TiO2薄膜.将一定量的PVP溶解到无水乙醇中与0.5g P25以及其它有机小分子物质混合,搅拌均匀后研磨制成TiO2胶体,将其均匀涂覆在导电玻璃上(膜厚度约为14μm),经过450℃烧结后浸附染料,制成TiO2光阳极.研究发现:当其它条件不变时,改变PVP用量会明显影响短路电流密度、开路电压、填充因子,进而影响光电转换效率.在其它条件固定不变的情况下,最后得出最优的PVP加入量为0.30g,电池的光电转换效率可达到6.37%.     

微反应器内甲醇水蒸气重整制氢动力学研究

采用自制微型反应器和常规颗粒催化剂在常压、温度为450~550K、水醇比为1.1~1.3的条件下,通过沿反应通道控制催化剂颗粒梯级分布进行了甲醇水蒸气重整制氢的动力学测试。结果表明,重整产物中CO含量较低,可采用甲醇和水反应生成二氧化碳和氢气的单速率动力学模型;通过数据处理,得到如下动力学方程:rSR=3.72×1010exp(-1069762/RT)P0.C6H7302OHP0.3707H2O。F统计检验表明所得动力学模型的复相关指数大于0.9,且F统计量比置信域为99%的临界F统计量大10倍以上。所得动力学方程为实测中微型反应器的优化设计提供了数学模型基础。     

表层结冰对太阳池性能的影响研究

在对现有太阳池进行计算研究的基础上,针对目前北方太阳池冬季要经历结冰期这一现状,提出了表层结冰后太阳池辐射透射模型及热传导模型,将结冰情况考虑到太阳池的运行中,所提出的太阳池模拟计算中考虑了太阳池表面结冰对其整体性能的影响,为太阳池的长期连续性运行提供了研究基础.根据实际温度资料及气象条件,对结冰情况中太阳池的运行进行...     

ZnO薄膜对CIGS太阳电池性能的影响

采用交流磁控溅射制备高阻ZnO和直流溅射ZnO：A1薄膜,研究几种溅射工艺条件与ZnO薄膜性能关系以及对铜铟镓硒(CIGS)光伏电池的影响。通过不同的工艺参数改变控制,得到了性能优良的ZnO薄膜,同时表明电池窗口层ZnO薄膜工艺参数对铜铟硒电池性能影响至关重要。尤其是ZnO薄膜的电阻率和迁移率,这两项指标的优化可以使电池的填充因子有10％以上的提高。不论是高阻ZnO还是低阻ZnO薄膜对电池的填充因子都有着重要的影响,采用优化工艺所制备的C1GS光伏电池窗口层ZnO薄膜以后,目前研制的电池转换效率已达到12．1％。