探索燃料电池电动车车载甲醇重整器的模拟与优化

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1、华南理工大学硕士学位论文燃料电池电动车车载甲醇重整器的模拟与优化姓名：王文宝申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：董新法20040501摘要以车载甲醇重整器制氢的质子交换膜燃料电池电动车，目前被各国专家一致认为是最有可能投入商业应用的燃料电池电动车方案之一。以本课题组自行开发研制的甲醇水蒸气重整催化剂为基础，选用管式固定床反应器为甲醇重整器的基本构型，反应管外采用翅片强化传热；选择甲醇永蒸气重整反应和甲醇分解反应为体系的独立反应；建立了重整反应器的拟均相二维模型，并对非等温管外供热气体的边界条

2、件进行了处理；采用Crank-Nicholson的隐式差分法来求解该数学模型；使用VisualBasic6．0编制了该模型的计算程序；通过模拟计算和分析确定出重整器的基本结构尺寸和操作工艺条件的参数。模拟计算结果表明：原料气水醇摩尔比的适宜范围为1．3～1．5；体系的适宜操作压力为0．076～0．127MPa：反应管的适宣入口空速为466．1～932．2mol／h／gcat；原料气的适宜入口温度为500～548K：反应管的适宜高径比为15422；适宜的催化剂粒径为03mm×3蛐～中5mm×5mm；

3、催化剂的活性系数应该大于0．15；管外的对流传热系数值应大于60W／m2／K。综合的模拟计算和分析结果表明，当反应管尺寸为中38ram×2ram，管长约为0．6m，反应管中装填粒度为中5ramX5ram圆柱型催化剂，，反应管入口的原料气水醇摩尔比为1．5，入口温度为543．15K，入口操作压力0．101MPa，原料气入口空速932．2mol／h／gcat，反应的活性校正系数取0．2，管外对流传热系数为80霄／皿2／K时，反应管的出口处：组分H。、H20、CO、CO。、CH，OH的摩尔分率依次为：0

4、．638、0．1349、0．0104、0．2057、0．0109，甲醇的转化率达到95．57％，二氧化碳的选择性为95。06％，系统的能量效率为80．85％，单根反应管的产氢能力为7．62Nm3／h，其当量功率为9．95KW。反应器产氢能力的提高可以通过增加反应管的根数来实现。本文建立了车载重整器的数学模型，提出了各工艺操作参数的适宜范围，为后续的工艺和机械设计提供了详细理论基础和指导，其对推动我国燃料电池电动车的发展具有重要意义。关键词燃料电池电动车；拟均相二维模型；甲醇；重整器：Crank．N

5、icholson隐式差分法华南理工大学硕士学位论文AbstractHydrogenisaffordedtoprotonexchangemembranefuelcelI(PEMFC)byonboardmethanolreformer．AndIMFCelectricvehicleisgenerallyacceptedasoneofelectricvehicleswhicharemostpossiblyputintofinancialapplicationatpresent．Accordingtocat

6、alystsofsteamreformingofmethanol(SRM)developedbyourresearchteam，Thetube-alikefixedbedreactorwasselectedasthebasictypeforthemethanolreformerandthefiniSusedfortheheattransferenhancementoutsidethetube．SRManddecomposingofmethanol(DOM)areselectedasindepend

7、entreactionsofthereactionsystem．Apseudo·two·dimensionalmodelforthereactorisestablishedandtheboundaryconditionofnon·isothermalheatedgasoutsidethetuberisanalyzed，thenanimplicitdifferentialmethodnamedCrank—Nicholsonisusedtosolvethemathematicmodel．Acalcul

8、atingprogramwaswrittenwiththesoftwareofVisualBasic6．0．Thenparametersofbasicsizesofthereformerandoperationconditionsareconfirmedbymodelingandanalyzing．TheSimulationresultSshowthattheappropriaterangeofthemolefractionrati0ofwatertomethanolisbetwe