微通道反應(yīng)器內(nèi)甲醇蒸汽重整的數(shù)值模擬.pdf

1、針對質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的氫燃料供給問題,本文提出了甲醇的水蒸汽重整現(xiàn)場制取氫氣的技術(shù),為該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了一種微通道催化層疊式平板反應(yīng)器,并通過對反應(yīng)器中的流動、熱質(zhì)傳輸和催化反應(yīng)過程進(jìn)行數(shù)值研究為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)。文章首先介紹反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、催化劑的制作方法以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成。該反應(yīng)器采用雙流體通道布置,即加熱通道和反應(yīng)通道,甲醇的水蒸汽重整反應(yīng)在反應(yīng)通道中進(jìn)行,而加熱通道的作用在于為反應(yīng)提供必需的熱量,兩通道相互隔開。催化劑由

2、冷氣體動力噴涂方法制取,它為一層致密的薄膜,能有效克服內(nèi)擴(kuò)散從而減小傳輸阻力,重整反應(yīng)便發(fā)生在其表面之上。然后在此基礎(chǔ)上,建立了一個反應(yīng)單元的二維穩(wěn)態(tài)模型。模型的求解采用的是商業(yè)軟件FLUENT6.1.22,模型中的化學(xué)反應(yīng)使用該軟件中的表面反應(yīng)模塊進(jìn)行模擬。由于實(shí)驗(yàn)尚未開展,文中所使用的反應(yīng)動力學(xué)模型為借鑒他人研究成果。文章模擬了不同通道尺寸、不同進(jìn)口參數(shù)、不同進(jìn)口溫度以及不同進(jìn)口水醇比對反應(yīng)進(jìn)行程度、出口物質(zhì)組成情況和出口溫度的影響

3、,并通過對比得到以上參數(shù)的最佳值:反應(yīng)通道高度為1mm、長度為10mm;反應(yīng)物進(jìn)口溫度為523K、進(jìn)口水醇比為1.3;加熱空氣進(jìn)口溫度650K、進(jìn)口速度3m/s。再將這些參數(shù)進(jìn)行組合比并求解,結(jié)果表明,出口處甲醇接近完全轉(zhuǎn)化,CO和H2的體積含量分別為1.7％和68%,CO2的選擇性為92.7%。文章還對微通道改善傳熱效果的作用進(jìn)行量化分析,計(jì)算得到加熱通道和反應(yīng)通道之間的總傳熱系數(shù)可達(dá)766.6 W/( m2? K),而通常情況下從氣