中低温太阳热能甲醇重整制氢能量转换机理研究.pdfVIP

T程热力学与能源利用 中司T程热喇旺学会 学术会汉沦之 编号：06l_b09 中低温太阳热能的甲醇重整制氢 能量转换机理研究 刘启斌‘ 洪慧2金红光1蔡睿贤1 l中国科学院T程热物理研究所，中国科学院研宄生院，北京，100080： 2北京科技太学机锻工稗学院．北京，100083 1b1：010- Email：qibinliu痂163．conl 摘要： 通过叩醇一水蒸汽化学反应，本文提出中低温太阚热能与甲醉垂帮结合制氢的新型清洁燃料生 产．探讨中低温太阳热能与甲醇重整制氯过程的能量转拽机理．分析可；同压力条件下的水碳比对中低 温太阳热能一甲醇蕈辖制氯的影响规律。研究结果表明：集热18fJ℃一一240C的低品位太阳热能(品位 为0．34加42)将能更好地与甲醇重整反应所需的品位相旺配，在反应压力为latm，反应产物中H!浓 度可青年达到72哆缸75％，中低温A阳热能转化为化学能占燃料化学能的份秧可述12％。该再}f=究为低能 耗制取清洁燃料氧的牛产过_稃提供了一个新选径。 关键词：中低温太阳热能，制氧，甲醇垂整反应 1、引言 氢为清洁能源，是质子交换膜(P叫rC)燃料电池的主要原料。氧用于燃料电池电 动汽车，在使用中能达到真正的“零”排放。这一领域的发展日新月异_’。 太阳能作为清洁的新能源。与传统能源结合的热化学制氢，引起很多学者的研究兴 趣，并开展了广泛的研究，目前太阳篚热化学制氢主要集中在水分解、天然气、-煤及石 油的高温气化、重整方而Ⅲ。这需要庞大昂贵的太阳能集热装置束产生太阳能高温热， 其中请多的科学与技术问题也晕代解决。若采用太讯中低温热能制氢别存在一定的优 势。曰前中低温100℃一300℃的太阳能热被广泛应刖于供热、制冷等民用方面【3,4．5l。返 个温度范m的集热器大多采州低聚光比的简单聚光装置，其集热器有良好的集热性能， ℃的情况时，集热效率也能达到50％嘲。因其良好的集热性能和经济简单的集热装苴使 其已经大规模商业化，并受到太|5}=】能T业界的青睐。 甲醇重整制氢具有重整温度低．能耗低，贮存和运输容易、方便、安全等优点，显 J7聚用甲醇加水燕汽通过催 示出r『、。泛的应用前景，是近20年柬新兴的制氧技术H’7-10 化弃|』眯，制敬氢气和二氧化碳混合气．经过进一步处理得到纯净的氢气。由于100℃一300 ℃的太阳中低温热能与甲醇雨整反应所需要的热品位高度吻台，因此若将中低温太阳热 能与甲醇重整反应相结合母产清洁燃料氢，将有昔广泛的赢崩酊置，而目前尚术见这方 面的文献报道。 簦丁这个观点，本文探讨了基于中低温太阳燕熊甲醇重整制氢过程的能量转换机 理，并考檠分析了甲醇雨整反应制氧过程的吸热与反应特性，为叟深入地研究基于中低 占￡金项目：EI然科学棼台重大研究汁划重点项Ifl{No 191 温太羽热能甲醇重整制氢的能篁转换新机理奠定基础。 2、中低温太阳热能甲醇重整制氢过程的能量释放新机理 圈l所示为所构思的基于中低温太阡I热能甲醇重整制氰的示意图．常温下，甲醇与 水以一定比例混合后，进入预热器，加热到一定温度后进入太阳能热化学反应器，存皑 化荆的作用F，平醇与水蒸汽发生吸热的化学反应，太』：fj能提供化学反应所需要的反应 热，该反应热的大小与反应的转化率有关。反应的化学方程式为： CH，OH+H，O-9．CO，+3H，。太阳能集热器可来用低聚光比槽式聚光装置“““，太阳能热 化学反应器粟用直接加热型，即采用太阳能接受器与反应器一体化设计。 蝴应 太阳能中低温熟 图1中低温太阳热能甲醇重整制氢示意图 在这个反应的过程中，太阳能提供重整反应所需要的