甲醇水蒸气重整制氢微型反应器研究报告

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1、甲醇水蒸气重整制氢微型反应器研究报告袁彪华东理工大学机械与动力工程学院指导教师王正东[摘要]针对燃料电池系统氢源稳定性问题，应用特殊的微加工和扩散焊技术，开发设计了一种新型、高效的甲醇水蒸气重整制氢微型反应器。通过溶胶-凝胶技术将催化剂涂层负载到微型反应器的内壁上。试验研究分析了反应温度、进料速度、水醇比（水和甲醇的物质的量的比）、反应时间对甲醇水蒸气重整制氢微型反应器性能的影响。结果表明该微型反应器的氢气产量可满足11W燃料电池的需要，为未来便携式能源系统在诸多高技术领域的应用提供了可行性。[关

2、键词]微型反应器，甲醇水蒸气重整，燃料电池，氢[Abstract]Todevelopareliablehydrogensupplysystemforfuelcells,anewandefficientmethanol-steamreformermicroreactorwassuccessfullydevelopedbyusingspecificmicro-processingtechnologyanddiffusionbonding.Thecatalyticmaterialswerecoatedo

3、ntheinnerwallbymeansofsol-gelandimpregnation.Theeffectsofreactiontemperature,spacevelocity,molarratioofwatertomethanol,andreactiontimeontheperformanceofthemicroreactorwereinvestigated.Theresultsshowthatthedevelopedmicroreactorcangenerateenoughhydrogen

4、forapoweroutputof11W,andthefeasibilityoftheportableenergysystem,appliedinmanyhightechnologyfields,hasbeenprovided.[Keywords]Microreactor;Methanol-steamreformer;Fuelcell;Hydrogen1研究背景随着能源和环境问题的日渐突出，氢能受到了人们前所未有的关注，成为当前乃至未来最具希望的能源之一。氢是理想的载能体，本身具有可再生性，燃烧时

5、只生成水，可以实现真正的“二氧化碳零排放”。与其他能源相比，氢能量密度高（是汽油的2.68倍）；转化为动力时其热效率比常规化石能源高30-60%；作为燃料电池的燃料，效率高出1倍；适于管道输送，成本低，无传动部件，无噪声污染等。氢的这些突出优点使其在石油、化工、冶金、医药、航天、车辆、国防等行业和部门中得到了广泛的应用。目前氢能的利用主要是通过燃料电池来实现的。燃料电池是一种能量转换装置，等温地将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有高效、对环境友好、安静、可靠性高等优点，在运载工具、便

6、携式电脑、手机等的应用中展现出诱人的前景[1-2]。质子交换膜燃料电池由于能在室温附近工作，而且启动速度快，能源转化效率高，不仅可以替代普通的二次电池，还可以作为汽车等运载工具的动力源，取代常规的汽油、柴油发动机，大大降低环境污染[3]。氢气作为质子膜燃料电池的主要燃料其储存、运输等是制约燃料电池工业化的一个关键性问题。作为液体燃料，甲醇具有高能量密度、低碳含量，加之运输和贮存方便，是氢气的理想来源，所以以甲醇为原料制取氢气是最有效及最有发展前景的制氢工艺。8目前，制氢原理主要是基于甲醇水蒸气重整

7、反应的，其中将微型反应技术和甲醇水蒸气重整反应技术有机地结合在一起制备微小型的甲醇水蒸气重整反应器是关键技术[4-6]。微型反应器具有以下的优点：比表面积高；微槽道内的流动为层流使得压力降降低；径向扩散时间的缩短可以对接触时间进行优化，有利于减少副产物；良好的传热和传质效果大大缩短了对外界条件变化的反应时间；小的尺寸提高了反应器的安全因子；有利于放大[7]。近来关于甲醇水蒸气重整微型反应器的研究取得令人振奋的进展：美国太平洋西北国家实验室研制出可与40W燃料电池配套的甲醇重整制氢微型反应器[8]。

8、Park制备出外形尺寸为70mm×40mm×30mm的甲醇水蒸气重整微型反应器，可以同15W的质子交换膜燃料电池配套使用[9]。但以上报道的微型反应器采用的是首先在每一层槽道内涂覆催化剂，然后再通过粘接的方法将每一层的槽道联接起来的制备方法，这种工艺烦琐而且产品的质量难以保证。本研究报告以甲醇水蒸气重整制氢反应为研究对象，通过电火花加工技术，扩散焊封装技术，溶胶-凝胶技术成功研制出一种新型的微型反应器，并考察了反应温度、水醇比、进料速度、反应时间对甲醇水蒸气重整制氢微型反应器性能的