微型甲烷重整器的研究（清华大学内部资料）.pptVIP

微型甲烷重整器的研究 报告内容 研究背景和选题意义 原理简介及综述 研究内容、方案和实施计划 课题研究必备条件 学术活动和预期成果 与传统的火力发电技术不同, 燃料电池是通过电化学反应方式将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。 不受卡诺循环效率的制约, 能量转换效率高 低噪声、近乎零排放 碱性燃料电池、质子膜燃料电池、磷酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池。 当使用天然气做为燃料时，电效率较低（大约40%） 需要使用贵金属以改善电池性能 能够快速启动，适用于运载工具 对氢气纯度要求较高（99.9%） 固体氧化物燃料电池 高温运行，无需贵金属做为催化剂 可以使用包括天然气在内的各种碳氢燃料 CO可以直接做为燃料而不会造成催化剂中毒 启动时间长，适用于长期连续运行 发电效率最高，可达到70% 通过热回收技术，可以使整个系统的能量利用效率达到85% 可以直接与现有天然气管道网络相连，避免了大规模制氢、储氢、氢纯化等基础设施建设所产生的巨额费用 目前包括德国、英国和日本政府都已经发布了相关产业和财政政策支持小型家用热电联产系统的发展。 国际上包括澳大利亚的Ceramic Fuel Cells Limited (CFCL)公司 ，日本的大阪燃气和京瓷公司, 英国Gledhill Water Storage 公司，瑞士的Sulzer Hexis公司等许多公司均在积极发展1kw左右的SOFC家用热电联产系统。此类系统既能提供热水、热气，又能提供电力，同时又与电网相连，富余电力可以输入电网。 中科院宁波材料所燃料电池事业部根据SOFC技术和产业发展态势，确定近期将以发展天燃气为燃料的1kwSOFC家用热电联产系统为目标。 天然气(甲烷含量98%)在进入电池堆中需要考虑重整问题，就是将天然气转变为主要含有H2和CO的混合气，防止由于直接通入而导致积炭现象的发生，降低系统的发电效率。 选题意义 为事业部近期目标以天燃气为燃料的1kw SOFC热电联产系统的建立，提供关键部件 在国内首先开展针对固体氧化物燃料电池发电系统应用的微型甲烷重整器的研究 将有利地促进SOFC家用热电系统商业化进程 原理简介 内部重整 间接内部重整 重整催化剂与阳极分开，以管式SOFC最为常见。蒸汽重整发生在管内，电极催化反应发生在管外。 直接内部重整 直接蒸汽内部重整 蒸汽重整与电极催化反应同在阳极室内进行, 重整所需要的热量由电极反应提供。对阳极材料要求具有良好的催化活性，另外会造成SOFC 负极入口存在温度梯度。 燃料直接氧化 甲烷或其他烷烃与氧气按一定的比例进入SOFC 负极, 产生电流的同时生成合成气 目前的研究热点，具有较好的发展前景，但是需要开发新型的阳极材料和阳极结构 微型重整反应器进展综述 分为汽化腔，燃烧腔和重整腔，同时集合了甲醇和水的汽化、重整、甲醇的催化燃烧 采用板翅式换热器的结构，提高重整和催化燃烧过程的热耦合效率 燃烧催化剂：Pt/Al2O3非均布颗粒催化剂，直径约1mm 重整催化剂：型号为CB-7的Cu/ZnO/Al2O3，直径约0.442~0.681mm 空隙填充方式装入 分为汽化腔，重整腔，和电加热腔，热量来源于电能。 重整催化剂：Cu/Zn/Al/Zr，原子比11：4：2：1。采用多孔泡沫CuZn合金做为载体 ，通过共沉淀法获得Cu/Zn/Al/Zr的前驱体，与粘结剂Al2O3混合，将载体浸入到混合物中，然后高温烧结。 采用了多孔泡沫合金，明显提高传热效果，但是热量来自电能，影响整个系统的效率。 采用微通道热交换器的结构，由刻有两种微管通道的金属基板构成，重整腔由直通微管构成，燃烧腔由S型微管构成，交错相叠促进换热。 反应器材料：Nicrofer? 3220HT，高温氧化获得Al2O3，改善催化剂的附着效果。 燃烧催化剂： Pt/Al2O3 ， 5wt%氯铂酸溶液浸渍，高温烧结 重整催化剂：Ni/Al2O3 ，通过共沉淀法获得Al(OH)3 和Ni(OH)2的混合物，然后将其通过注射器填充到通道中，然后高温烧结 采用套管式结构，不锈钢管壁厚为1mm,外侧包裹泡沫Ni-Cr负载CH4燃烧催化剂，内侧填充泡沫Ni负载CH4蒸汽重整催化剂 燃烧催化剂： LaCoO3/Al2O3，通过等离子喷涂方法将Al2O3喷涂到外侧的泡沫Ni-Cr，然后通过浸渍法将LaCoO3负载上去 重整催化剂：Ni/Al2O3 ，通过共沉淀法获得Al(OH)3 和Ni(OH)2的混合物，然后将其附着在泡沫Ni上 燃料电池用微型重整反应器的关键点 性能优良的催化剂 选择合适的传热结构，合理安排放热反应（催化燃烧反应）和吸热反应（水蒸汽重整反应），实现最优的产氢效果 与应用目标结合，进行针对性的优化 体积小、启动快、安全稳定 研究方案、