燃料電池電動車車載甲醇重整器的模擬與優(yōu)化.pdf

1、以車載甲醇重整器制氫的質子交換膜燃料電池電動車,目前被各國專家一致認為是最有可能投入商業(yè)應用的燃料電池電動車方案之一.以該課題組自行開發(fā)研制的甲醇水蒸氣重整催化劑為基礎,選用管式固定床反應器為甲醇重整器的基本構型,反應管外采用翅片強化傳熱;選用甲醇水蒸氣重整反應和甲醇分解反應為體系的獨立反應;建立了重整反應器的擬均相二維模型,并對非等溫管外供熱氣體的邊界條件進行了處理;采用Crank-Nicholson的隱式差分法來求解該數學模型;使用

2、Visual Basic 6.0編制了該模型的計算程序;通過模擬計算和分析確定出重整器的基本結構尺寸和操作工藝條件的參數.模擬計算結果表明:原料氣水醇摩爾比的適宜范圍為1.3~1.5;體系的適宜操作壓力為0.076~0.127MPa;反應管的適宜入口空速為466.1~932.2mol/h/gcat;原料氣的適宜入口溫度為500~548K;反應管的適宜高徑比為15~22;適宜的催化劑粒徑為Φ3mm×3mm~Φ5mm×5mm;催化劑的活性系

3、數應該大于0.15;管外的對流傳熱系數值應大于60W/m<'2>/K.綜合的模擬計算和分析結果表明,當反應管尺寸為Φ38mm×2mm,管長約為0.6m,反應管中裝填粒度為Φ5mm×5mm圓柱型催化劑,反應管入口的原料氣水醇摩爾比為1.5,入口溫度為543.15K,入口操作壓力0.101MPa,原料氣入口空速932.2mol/h/gcat,反應的活性校正系數取0.2,管外對流傳熱系數為80W/m<'2>/K時,反應管的出口處:組分H<,2

4、>、H<,2>O、CO、CO<,2>、CH<,3>OH的摩爾分離依次為:0.638、0.1349、0.0104、0.2057、0.0109,甲醇的轉化率達到95.57﹪,二氧化碳的選擇性為95.06﹪,系統(tǒng)的能量效率為80.85﹪,單根反應管的產氫能力為7.62Nm<'3>/h,其當量功率為9.95KW.反應器產氫能力的提高可以通過增加反應管的根數來實現.該文建立了車載重整器的數學模型,提出了各工藝操作參數的適宜范圍,為后續(xù)的工藝和機械