板翅式甲醇水蒸汽重整制氢反应器的研究

论文题目: 板翅式甲醇水蒸汽重整制氢反应器的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 潘立卫

导师: 王树东

关键词: 氢源系统,板翅式制氢反应器,甲醇水蒸汽重整,数学模型,燃料电池

文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文目的是研发大能量密度的氢源系统,特别是小规模的分散制氢氢源系统和燃料电池车载氢源系统。论文提出了温度均匀分布的甲醇水蒸汽重整反应器的设计思路,并根据此思路,借鉴板翅式换热器的优点,创新研制了全新结构的集成板翅式甲醇重整制氢反应器（简称重整器）,集催化燃烧反应、甲醇和水蒸发以及重整反应为一体,使得整个系统的能量效率较高,可实现完全自供热。考察了不同条件对甲醇重整制氢过程和床层温度分布的影响,验证了反应器具有良好的稳定性。为了反应器的优化和放大提供理论依据,论文建立了板翅式重整器内多反应耦合过程的三维数学模型,对重整器内部的温度分布和浓度分布进行了数值计算。计算结果表明:该板翅式重整器各腔的温度分布均匀,无热点分布;模型能较准确地预测重整腔内的CO 和H2的浓度分布。同时,还利用数学模型对反应器的结构参数进行了专门的研究,得到了结构参数影响板翅式重整器性能的初步规律。在实验和理论的基础上,论文研究了板翅式重整器在放大过程中涉及的问题和解决技巧,成功设计了5kW 重整器。并以此重整器为核心,联合CO 选择氧化的净化反应器,通过多段换热器对整个系统的能流、物流进行宏观管理与微观调控,成功研制了5kW 的氢源系统样机。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章文献综述

1 1 甲醇重整制氢的背景和意义

1 2 国内外研究概况及发展策略

1 3 甲醇重整制氢的研究进展

1 3 1 甲醇水蒸汽重整制氢

1 3 2 甲醇部分氧化重整制氢

1 3 3 甲醇自热重整制氢

1 4 制氢系统中重整反应器的研究进展

1 4 1 传统的重整反应器

1 4 2 套筒式重整器

1 4 3 板式重整器

1 4 4 膜反应器

1 4 5 等离子体重整器

1 4 6 微通道重整器

1 5 系统集成的研究进展

1 6 论文工作设想

参考文献

第二章甲醇水蒸汽重整制氢反应器的设计思路

2 1 板翅式结构描述

2 2 板翅结构传热性能的理论分析

2 3 板翅式重整制氢反应器的结构设计

2 4 小结

第三章板翅式重整制氢反应器的性能考察

3 1 实验体系

3 2 实验流程

3 3 实验结果与讨论

3 3 1 板翅式重整制氢反应器中的温度分布

3 3 2 水醇比对氢气选择性和甲醇转化率的影响

3 3 水醇比对重整气浓度的影响

3 3 4 空速的影响

3 3 5 稳定性实验

3 4 小结

第四章板翅式重整制氢反应器的数学模型

4 1 基础数据

4 1 1 数学模型中涉及的化学反应

4 1 2 动力学方程

4 2 模型方程的建立

4 3 计算结果及其分析

4 3 1 三维温度分布

4 3 2 轴向温度分布

4 3 3 径向温度分布

4 3 4 重整腔中的浓度分布

4 3 5 水醇比的影响

4 4 小结

参考文献

第五章板翅式重整制氢反应器的优化设计

5 1 有无燃烧尾气换热的影响

5 2 燃烧气流分布对重整器性能的影响

5 2 1 板翅式重整制氢反应器中不同的气体进料方式比较

5 2 2 不同的气体进料方式下的温度分布比较

5 2 3 不同气体进料方式对重整效果的影响

5 3 氢气分布管的理论设计

5 3 1 氢气分布管的基本结构

5 3 2 氢气分布管的流量分配和静压分布

5 3 3 氢气分布管性能的判断标准

5 3 4 氢气分布管的设计原则

5 4 流型对板翅式重整制氢反应器性能的影响

5 4 1 流型对反应腔温度分布的影响

5 4 2 流型对反应转化率的影响

5 5 板翅的系列参数对反应器性能的影响

5 5 1 板翅反应器材质对反应器性能的影响

5 5 2 板翅结构的翅片高度对反应器性能的影响

5 5 3 板翅的其它参数对重整器性能的影响

5 6 小结

第六章 5kW 板翅式重整制氢反应器的设计与应用

6 1 5kW 板翅式重整制氢反应器的设计原则

6 1 1 5kW 板翅式重整制氢反应器的结构

6 1 2 流体分布器及封头设计

6 2 5kW 板翅式重整制氢反应器的应用

6 2 1 催化剂

6 2 2 实验结果与讨论

6 3 5kW 板翅式重整反应器的改进和优化

6 5 小结

第七章制氢集成系统的初步设计

7 1 制氢集成系统的构建

7 2 制氢集成系统的相关理论计算

7 2 1 制氢集成系统中能流和物流的安排

7 2 2 制氢集成系统中换热器的理论设计

7 2 3 制氢集成系统的能量效率

7 3 制氢集成系统的应用

7 4 小结

参考文献

第八章结论

进一步工作设想

作者简介及发表论文

致谢

发布时间: 2005-10-15

参考文献

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