微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢三维模拟

为考察进口温度、速度和水醇比对微反应器中甲醇-水蒸气重整制氢过程的影响,利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对自行设计的平板微通道反应器中甲醇-水蒸气重整制氢进行了三维数值模拟.反应动力学采用甲醇分解和蒸气重整双速率幂函数模型.计算表明,在反应物进口速度为2.88 m/s、进口温度为493 K和水醇比为1.3的反应条件下,反应器出口转化率达79.8%.通过模拟可以看出微反应器能够在较大的反应物流量下保持较高的出口氢气含量和较高的甲醇转化率.     

相变储热型太阳能甲醇重整反应器稳态及动态制氢特性的实验研究

太阳能热化学制氢是生产清洁能源的重要途径.针对太阳辐射波动性大,易造成太阳能甲醇重整制氢反应器温度剧烈变化,不利于反应器稳定运行等问题,该文利用相变材料对太阳能甲醇重整制氢反应器进行热管理,以提高反应器的制氢效率和运行平稳性.首先,提出了2种相变储热型热化学反应器结构;其次,实验探究了甲醇重整制氢反应器内部的传热特性及...     

CuZnZrAlO催化剂上甲醇蒸汽重整反应动力学

利用常压微型固定床反应器,采用CuZnZrA lO甲醇重整制氢催化剂,考察了503~543K下甲醇停留时间(W/FA0)对CO2和CO转化率的影响,在排除内外扩散影响的条件下,采用甲醇直接重整和甲醇分解平行进行的反应途径,以CO和CO2为关键组分,建立了适合其在甲醇蒸汽重整制氢反应中使用的动力学模型,并利用最小二乘法确定了模型参数.F-检验表明所提出的动力学模型可作为反应器模拟分析和设计的基础.     

Cu/ZnO/CeO2/Al2O3四元涂层催化剂甲醇水蒸气重整本征动力学

为建立微槽道反应器上Cu/ZnO/CeO2/A l2O3四元涂层催化剂的本征动力学模型,在微环状反应器中对甲醇水蒸气重整反应进行了研究。结果表明:该反应可以利用甲醇水蒸气转化反应和甲醇分解反应作为独立反应平行进行的模型表示。经过数学变换,利用线性最小二乘法确定了模型参数,并进行了F统计检验,验证了其合理性。所获的动力学模型可为甲醇水蒸气重整微槽道反应器的数学模拟和优化奠定重要基础。     

甲醇重整微槽道反应器的性能

为了解决燃料电池系统的稳定氢源问题,研制了一种新型的甲醇重整微槽道反应器加工工艺方法。通过电火花加工技术在合金片上加工出平行的槽道,然后通过扩散焊将十多层的合金片焊接在一起,再通过溶胶-凝胶方法将催化剂涂层负载到微槽道反应器的内壁上。微槽道反应器的整体尺寸为40 mm×40 mm×8 mm。考察了催化剂涂层的配比、反应温度、水醇比、进料速度、反应时间对甲醇重整微槽道反应器性能的影响。结果表明:当反应温度、进料速度、水醇摩尔比分别为282°C、6 cm3/h、1.3时,该微槽道反应器的氢气产率可满足11W燃料电池的需要。     

甲醇催化重整制氢反应器的二维模拟及管径的选取

以甲醇裂解和甲醇水蒸气重整制氢作为平行的独立反应,CO、CO2为关键组分,建立了甲醇催化重整制氢反应器的二维数学模型,用正交配置法计算了催化床内各组分浓度及床层温度随径向和轴向的分布。考察了反应管管径变化对反应器性能的影响。在整个床层催化剂装填量及反应操作条件均不变的情况下,反应管管径增加,催化床层的出口温度降低,径向温差加大,氢气的时空产率略有降低,但所需的反应管根数迅速减少。     

微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究

为了强化甲醇水蒸气重整制氢过程,研制了一种集燃料预热、汽化、过热和重整反应功能于一体的微型反应器.实验考察了反应温度、水醇摩尔比、液体空速等对甲醇转化率、产氢率、反应器出口氢气和一氧化碳浓度的影响,建立了该反应器的数学和动力学模型并进行了三维数值模拟.结果表明,所建模型能较好地反映出反应器的性能,当反应温度、水醇摩尔比和液体空速分别为260℃、1.3、0.2 h-2时,产氢率达0.2 mol/(h·g),可为氢气利用率为80％、效率为60％的燃料电池提供10.2 W的功率.     

甲醇水蒸气重整制氢过程的优化分析

为强化甲醇水蒸气重整制氢反应过程,以出口甲醇转化率和氢气含量为目标考察了反应器中催化活性梯级分布和均匀分布对制氢效果的影响.利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对反应器进行了二维数值研究.计算表明,可通过催化活性由低到高的梯级分布提高反应器出口甲醇转化率和氢气含量.与活性均匀分布相比,反应器中的冷点温差降低了10K,实验表明反应器出口H_2含量提高约8.5%,CO含量降低约0.19%.     

CuO/ZnO/CeO 2/ZrO 2催化剂上甲醇水蒸气重整制氢反应机理研究

利用原位傅里叶变换红外光谱技术对CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂上的甲醇水蒸气重整制氢反应机理进行了研究.结果表明:甲醇水蒸气重整制氢反应主要由甲醇脱氢解离、甲酸甲酯转化和逆水气变换三个过程组成.副产物CO主要是由CO2和H2经逆水气变换反应而生成的,这是造成甲醇水蒸气重整后的CO含量总是低于热力学平衡浓度的原因.     

微通道反应器中快速合成巯基乙酸甲酯

采用微通道反应器合成巯基乙酸甲酯,考察通道管径、催化剂用量、停留时间、反应温度和醇酸初始摩尔比对酯合成反应的影响。结果表明:通道尺寸对产品收率影响较大,减小微通道的管径能显著提高酯的收率;使用内径0.6 mm的不锈钢毛细管反应器,在适宜的工艺条件下,仅需14.3 min的反应时间,巯基乙酸甲酯收率达94%以上,与常规间歇釜式反应器相比,反应时间大大缩短,酯收率明显提高。     

平板微反应器内甲烷－湿空气催化重整的数值分析研究

建立了二维稳态多组分传输反应的模型,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上甲烷-干、湿空气催化重整制合成气进行了数值计算,并分析了采用湿空气时反应通道长度和高度对重整性能的影响.结果表明:进口速度低于2 m/s时,采用湿空气可提高甲烷转化率和产氢率,反应器出口的温度降低以及减少积碳的发生;采用湿空气时,反应通道长度增大,甲烷的转化率提高,出口氢气含量增大,出口温度相应地降低;反应通道高度增大,甲烷的转化率降低,出口氢气的含量减少,出口温度升高.     

微反应器入口尺寸对甲烷自热重整暂态特性的影响

利用化学反应动力学机理研究了中温条件下CH₄/O₂/H₂O在微型直管反应器内的重整特性。讨论了反应器入口尺寸在0.5～5.0 mm范围之间变化时,重整产氢和甲烷转化效率的暂态特性。研究结果表明:在本文的研究范围内,当反应器尺寸变化时,无论反应中的其他物理量是否随之同比例缩放,均发现反应器尺寸越小,反应速率越快,反应越容易趋于稳定,且反应后氢气产量越高,甲烷转化率越高。     

甲醇重整制氢反应器的模拟研究

在Peppley等人提出的甲醇水蒸汽重整反应机理的基础上建立了甲醇重整制氢反应器的模型。并依据所建立的模型对不同压力及空速下甲醇的转化率进行了模拟并与实验数据进行了对比,结果显示甲醇转化率的模拟值与实验数据有较好的吻合（相对误差1.13%）。在所建立模型的基础上,进一步地讨论了反应器入口甲醇比率和入口温度对甲醇转化率以及单位甲 醇制氢量的影响。并得出了在所给出的操作条件下,当入口温度为570K,F_M,R/^FM,B=8.5时,单位甲醇的制氢量最高,可达到2.64（mol/mol）。     

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

微通道反应器中1-甲氧基-2-丙醇的连续合成

在微通道反应器中,以甲醇和环氧丙烷为原料合成1-甲氧基-2-丙醇。考察尺度效应(管径和微反应器类型)对反应的影响并对反应条件(催化剂用量、反应物摩尔比、停留时间和反应温度)进行优化。结果表明:内径为0.5 mm、体积为10 mL的聚四氟乙烯毛细管及T形混合器能有效促进物料间混合;甲醇与环氧丙烷在微通道反应器中的最优反应条件为催化剂用量0.5%、甲醇与环氧丙烷摩尔比3∶1、120℃下反应7 min、压力2 MPa。在最优反应条件下,环氧丙烷转化率为99.4%,产率可高达99.1%。     

微通道内甲醇重整反应的LB方法

利用格子Boltzmann方法对微通道内甲醇水蒸汽重整制氢反应过程进行模拟,建立了双速率动力学平行反应机理的格子演化模型。分析了边界温度和进口流速的变化对甲醇转化率,氢气和一氧化碳的出口含量以及通道中的最大温差的影响。当边界温度和进口速度一定时,分析了整个反应过程中各组分的变化情况。结果表明,在水醇比,边界温度以及进口速度分别为1.3、523 K、0.1 m/s的情况下:甲醇出口转化率最高达94.36%;氢气的含量为0.0989;CO的含量为0.0095%。发现随边界温度升高,进口流速的减小,CO的含量会进一步增加。     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

TiO2修饰微流控芯片反应器的研制及应用

研究了微流控芯片中纳米TiO2薄膜的制备方法.采用粉末溶胶法在通道中涂覆多孔纳米TiO2涂层,获得催化活性高、稳定性好的光催化微反应器.以UV-LED为光源.在光催化微反应器中进行富里酸的光催化降解条件试验和苯甲醛与乙醇的光催化有机反应,优化了反应条件.在光照强度为120 mW/cm2,流速100μL/h,H2 O2质量分数2％,富里酸初始pH值为1,光反应时间仅为192 s的条件下,水样中2.5 g/L富里酸降解率可达90％.在该微反应器中进行苯甲醛与乙醇的光催化反应,反应时间为96 s,光强为0.8 mW/cm2时,苯甲醇和氢化苯偶姻的最大产率分别为8.5％和65.2％.     

弯管型微反应器内甲烷水蒸气重整制氢特性

为提高碳氢燃料的高效清洁利用,采用详细反应机理对弯管型微反应器内甲烷水蒸气催化重整制氢特性进行数值模拟,研究了速度、催化壁面温度、水碳(质量)比、隔板等因素对甲烷水蒸气催化重整反应特性的影响。结果表明,增加速度可降低甲烷重整反应;当温度T≤1 200 K时,可通过增加温度来提高甲烷的转化和氢气的生成,当T＞1 200 K以后,增加温度对甲烷重整反应起抑制作用;增加水碳比可提高甲烷转化率,却降低出口氢气质量分数。温度T=1 200 K、速度v=0.5 m/s、水碳(质量)比β=2时有利于甲烷重整反应的发生。     

TiO2修饰微流控芯片反应器的研制及应用

研究了微流控芯片中纳米TiO2薄膜的制备方法.采用粉末溶胶法在通道中涂覆多孔纳米TiO2涂层,获得催化活性高、稳定性好的光催化微反应器.以UV-LED为光源,在光催化微反应器中进行富里酸的光催化降解条件试验和苯甲醛与乙醇的光催化有机反应,优化了反应条件.在光照强度为120 mW/cm2,流速100μL/h,H2O2质量分数2%,富里酸初始pH值为1,光反应时间仅为192s的条件下,水样中2.5g/L富里酸降解率可达90%.在该微反应器中进行苯甲醛与乙醇的光催化反应,反应时间为96s,光强为0.8mW/cm2时,苯甲醇和氢化苯偶姻的最大产率分别为8.5%和65.2%.