甲醇重整制氢反应器数值模拟研究文献综述

 2022-01-04 08:01

全文总字数:6793字

文献综述

近年来,随着人口与经济的增长,人们对能源的需求量越来越大,传统能源消耗带来的环境污染问题日趋严重,在国内能源的消费中,交通运输业消费平均比重高达8.06%[1],为达到2060年前实现碳中和的目标,发展新能源汽车势在必行。

氢燃料电池车氢能因其具有热值高、来源广泛、使用清洁等特点被认为是21世纪的理想燃料,当前在交通运输方面主要通过氢燃料电池实现对氢的利用。

但由于氢气具有密度小、易燃易爆等性质,储氢和加氢存在一系列问题。

甲醇重整具有体积小、重整温度低、能耗小、原料易得、安全等特点,在现场制氢给燃料电池汽车提供氢源时,不仅能解决运输问题,并且在安全和经济方面也有一定的优势,是目前国内最易实现的燃料电池氢源载体之一[2]。

当前甲醇重整制氢研究主要集中在催化剂的制取与反应器的设计两个领域,反应器是甲醇制氢反应的场所,通过结构划分目前主要有膜反应器、管式反应器、板式反应器和微通道反应器[3]。

为了实现车载微型反应器甲醇重整供氢,反应器需要满足结构紧凑、传热效率高、启动快、CO 含量少等条件。

微型反应器有着较高的比表面积,能有效地强化传热,强化反应过程,提供快速的热量传递和物质传递,是当前研究热点,但是其规模限制了产氢量,无法满足车辆的高耗能需求。

管式反应器虽然存在体积大、传热性能较差、局部温度过高、催化效率低等缺陷,但其生产能力高、结构简单、加工方便、流速和温度的操作范围宽、运行时间长、催化剂不易磨损、成本低、催化剂容易更换,且管式换热器发展历史久,相关技术更加成熟,因而相对稳定可靠,本课题借鉴现有的研究,利用现有技术对当前反应器存在的问题进行改进,提出一种新的反应器,评价其制氢能力,为结构的进一步优化提供理论指导。

2. 甲醇重整制氢反应特性研究2.1 甲醇重整制氢反应甲醇水蒸气重整(MSR)因其反应条件温和,产物含氢量高,CO含量低等特点得到了深入的发展,当前已成为甲醇制氢中技术最成熟的一种方法。

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