第30卷第5期低溫與特氣VoL 30. No 5012年10月Low Temperature and Specialty Gasesott.2012甲醇自熱重整制氫系統(tǒng)的研究趙萱(上海梅思泰克生態(tài)科技有限公司,上海200433)摘要:介紹了甲醇自熱重整制氫過程。利用甲醇部分氧化反應(yīng)提供熱能,供給甲醇和水蒸氣進(jìn)行重整。重整過程將甲醇轉(zhuǎn)化為富氫氣體后,再通過Co尾氣變換和CO選擇性氧化反應(yīng)過程將重整氣中的CO含量降低,以供燃料電池應(yīng)用。關(guān)鍵詞:甲醇;重整;氫;燃料電池;催化劑中圖分類號:TQ16.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1007-7804(2012)05-0013-04doi:10.3969/.isn.1007-7804.2012.05.004Methanol Self-Heating Reforming Hydrogen Production System ResearchZHAO XuanShanghai MASTECK Ecology Science and Technology Co, Ltd, Shanghai 200433, China)Abstract: This paper introduces the methanol self-heating reforming hydrogen production process. Use of partial oxidationof methanol to provide heat, steam reforming of methanol and water supply. Reforming process for the conversion of methanol to hydrogen rich gas, then through CO tail gas transformation and selective CO oxidation process reforming of gas in thedecreased the content of CO, for fuel cell applicationsKey words: methanol; reforming; hydrogen gas; fuel cell; catalyst燃料電池具有高效節(jié)能的優(yōu)勢以及良好的環(huán)境提供熱能,供紿甲醇和水蒸氣進(jìn)行重整反應(yīng),吸性能,作為固定式電源和移動式電源均具有廣闊的熱、放熱反應(yīng)原位耦合。重整過程將甲醇轉(zhuǎn)化為富應(yīng)用前景。氫源的供應(yīng)是燃料電池商業(yè)化的“瓶氫氣體后,再通過CO尾氣變換和CO選擇性氧化頸”之一。由于甲醇成本低,反應(yīng)條件溫和及資應(yīng)過程將重整氣中的CO含量降低,以供燃料電源豐富,甲醇制氫已受到了廣泛的重視,并成為大池應(yīng)用。功率燃料電池的理想氫源。1甲醇自熱重整制氫的反應(yīng)機(jī)理用碳?xì)淙剂现卣茪涞姆绞?典型的有甲醇水蒸氣重整制氫、甲醇部分氧化制氫和甲醇自熱重整甲醇自熱重整包含了甲醇部分氧化和蒸汽重整制氫三種方式。水蒸氣重整反應(yīng)制得的氣體中氫的兩個反應(yīng)。部分氧化蒸汽重整反應(yīng)的機(jī)理是復(fù)雜體積分?jǐn)?shù)高,但該反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng),反應(yīng)速度的,在管式反應(yīng)器中相同的催化劑上同時發(fā)生多個慢,需要外部供給大量的熱,這個問題一直困擾著反應(yīng)。CH3OH(g)+1/202-+CO2+2H2△H298=-192kJ/mdl該技術(shù)的實際應(yīng)用;部分氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng),反cH,oH(g)+H1o(g)-402+3H2△m98=+49/md應(yīng)速度快,但由于空氣中的氮?dú)饨档土酥频脷怏w中CH2OH(g)+H2o(g)-co+2H2△H298=+91k/mdl氫的體積分?jǐn)?shù),且一氧化碳的濃度過高,不利于燃CO+H20(g)—→CO2+H2△H298=-41k/mol料電池的正常工作;所以現(xiàn)在采用甲醇氧化反應(yīng)耦合甲醇水蒸氣重整的方法,即甲醇自熱重整制氫。2催化劑的選擇甲醇自熱重整制氫過程利用甲醇部分氧化反應(yīng)目前TH中國煤化工劑,多采用以CNMHG收稿日期:2011-11-17中國煤化工CNMHG第5期趙萱:甲醉自熱重整制氫系統(tǒng)的研究溶液和空氣流量至設(shè)計值一半,進(jìn)行重整反應(yīng)Cu/ZnO/Al2O3催化劑(CB27),粒徑為0.442(6)控制變換反應(yīng)入口溫度在220℃,對變0.681mm。經(jīng)模擬表明,采用板式反應(yīng)器進(jìn)行蒸換反應(yīng)催化劑進(jìn)行在線還原,以變換反應(yīng)器出口產(chǎn)汽重整可以把催化劑溫度控制在一定的溫度范圍品氣中CO濃度不變?yōu)檫€原完全標(biāo)志;內(nèi);此外,板式反應(yīng)器可以靈活拆卸和組裝,并通(7)變換反應(yīng)催化劑還原完全后,控制甲醇過疊加擴(kuò)大產(chǎn)量。水溶液和空氣原料至4000h-重整空速設(shè)定值,進(jìn)52換熱器結(jié)構(gòu)行重整反應(yīng),同時嚴(yán)格控制重整催化劑入口溫經(jīng)過計算,確定換熱器的結(jié)構(gòu)為固定管板式換度<320℃;熱器。(8)控制選擇性氧化反應(yīng)空氣原氣設(shè)計值,(1)流程:采用殼程為單程、管程為雙程的進(jìn)行選擇性氧化脫除CO,分析產(chǎn)品氣中CO濃度。結(jié)構(gòu)型式;4.3系統(tǒng)運(yùn)行事項2)換熱管及其排列方式:采用無縫鋼管,(1)原料供應(yīng)是否正常(甲醇、甲醇溶液、材料為20號鋼;空氣)(3)筒體:材料釆用16MnR鋼。(2)燃燒溫度是否穩(wěn)定,當(dāng)溫度迅速下降或6實驗結(jié)果及分析討論快速上升時,檢查原料供應(yīng)是否正常;(3)確保各反應(yīng)溫度正常,重整反應(yīng)入口溫6.1實驗結(jié)果度不超過320℃,低溫變換入口溫度不超過250實驗結(jié)果見表1。℃,CO選擇性氧化反應(yīng)溫度在80~90℃;表1實驗結(jié)果(4)觀察系統(tǒng)壓力是否穩(wěn)定,避免超壓;e 1 The experimental results(5)燃燒尾氣是否及時排空。重整催化劑體積5技術(shù)要點(diǎn)甲醇體積空速4000h“12000 mL/min本系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)分為三大類:催化劑的制備、系統(tǒng)工藝的設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計。醇用量0. 0893 mol min其中,系統(tǒng)設(shè)備中的反應(yīng)器和換熱器的設(shè)計是3. 6075 mL/ min至關(guān)重要的,它們的結(jié)構(gòu)和性能直接對實驗結(jié)果產(chǎn)H2O/CH3OH摩爾比生重要的影響。O2CH3OH摩爾比0.35.1反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)0.1116 mol min利用碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成氫氣的重整制氫系統(tǒng)通放整原料水用量2. 0089 mL min常由以下幾部分組成:換熱器(氣化、傳熱等)、燃燒加熱器(或電加熱)、重整反應(yīng)器、CO去除重整原料空氣用量2857Lmin裝置。H275.22%,C01.13%反應(yīng)尾氣組成反應(yīng)器從結(jié)構(gòu)上可分為管式、板式(包括板CO218.25%,H2O5.40%翅式)和微通道幾種形式,它們都是填料床反應(yīng)反應(yīng)尾氣流量9091 mL min器,都通過在管內(nèi)、板間、微通道中填裝顆粒催化4545 mL min劑來進(jìn)行反應(yīng),但是催化劑顆粒的粒度、反應(yīng)器的反應(yīng)尾氣H2流量0.2727m3/h結(jié)構(gòu)不同。本次實驗所采用的是板式反應(yīng)器。該反應(yīng)器通6.2結(jié)果討論常在其一側(cè)含有重整催化劑,另一側(cè)含有催化燃燒經(jīng)過分析,尾氣中的氫氣含量為56%,將溫催化劑;在重整過程中催化燃燒產(chǎn)生的熱量通過隔度冷卻到燃中國煤化工使該類電池的板傳人重整側(cè),換熱性能較好。采用的催化劑為顆發(fā)電效率達(dá)CNMHG%。發(fā)電功率粒催化劑:其中燃燒側(cè)為PAl2O3型非均布燃燒400W。催化劑,顆粒直徑為1mm;重整側(cè)釆用了但是,在數(shù)據(jù)中可以看到,尾氣組成中,一氧中國煤化工CNMHG