基于树形分叉结构的微通道甲醇重整制氢.pdf

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1、70电力与能源第1卷第1期2011年1月基于树形分叉结构的微通道甲醇重整制氢沈寅麒，张云芳，陈桂山(华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206)摘要：针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程，建立了三维稳态多组分传输反应模型，利用数值模拟分析，分别研究了平行矩形微通道和树形分叉微通道网络在Zn—Cr／CeO／ZrO催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇水蒸汽重整制氢输运规律的影响，发现这两种微通道反应器促进了甲醇转化率和氢气产率的提高，且有助于反应器内温度分布均匀；同时相较矩形平行微通道，树形分叉微通道可以进一步提高甲醇的转化率、减小出口CO的含

2、量，是一种理想的适用于质子交换膜燃料电池的制氢流道。关键词：微通道；树形分叉结构；甲醇重整；质子交换膜燃料电池中图分类号：TKgl；TQ02文献标志码：A文章编号：2095～1256(2011)01—0070—04HydrogenProductionbySteamReformingofMethanolinaTree-shapedMicro-channeIReactorSHENYinqi，ZHANGYu7t—fang，CHENGui—shah(DepartmentofEnergy，PowerandMechanicalEngineering，NorthChinaElectricPo

3、werUniversity，Beiing102206，China)Abstract：Accordingtothecatalyticreactionprocessofmethanolsteamreforminginamicro—channelreactor，asteady—statemulti～componenttransportreactionmodelinthreedimensionwasestablished．Numericalsimula—tionshelptoanalysisthereaction，basedonZnCr／CeO2／ZrO2catalyst，bothin

4、rectangularparallelmicro——channelsandintree—shapedones．Throughthedual—ratemodel。theeffectoftheoperatingconditiononthelawofmethanolsteamreforminginthesetwokindsofmicrochannelshasbeenstudied，whichreflectsthatthesetwomicrochannelsareconducivetotheincreaseofthemethanolconversion．thehydrogenprodu

5、ctionandtheuniformityofthedistributionofthetemperatureinthereactor．Meanwhile，comparedtotherectangularparal—lelmicro—channels，tree～shapedmicro—channels，managingtofurtherenhancethemethanolconversionandre—ducetheproductionofCOintheoutlet，areidealchannelsforthehydrogenproductioninthePEMFC．Keywor

6、ds：micro～channeI；tree—shapedconstruction；methanolreforming；PEMFC单位体积接触表面积要远大于常规通道，其反应1引言器内部的温度分布更加均匀，产氢量更高。目前，近年来，随着环境问题的日益突出和石油资相关研究对其反应机理及运行参数的选择已达成源的匮乏，质子交换膜燃料电池(PEMFC)动力汽一定共识，但微反应器中的流道的优化设计仍需车成为各国及各大汽车制造商争相研究的焦点。进一步探索。另一方面，由于微加工技术的不断但质子交换膜燃料电池面临着一个急需解决的问成熟和发展，使设计、加工结构相对复杂的新型微题，即氢气的供给。微通道

7、甲醇水蒸汽重整制氢流道网络成为可能。同时也为探索自然界中众多技术因其产氢浓度高、工作温度低与质子交换膜的分形结构对传热传质的影响提供的一个可行的燃料电池容易匹配等优点为解决便携式燃料电池平台。的燃料处理和氢气供给问题提供了具有广阔前景树形分又结构是当今工程界研究的热点，它的发展方向u。通过重复一定的分叉结构及不断减小的通道尺寸研究发现_2]在微通道中(通常指当量直径达到提高传热传质的目的。Bejan和Lorente等小于500m)，流体边界层厚度大大减小，传热传人研究了树形分叉结构在电子器件