肖 罡 张 斌 李时春 严惠军 杨钦文

1.湖南科技大学机电工程学院,湘潭,411201

2.湖南科技大学难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室,湘潭,411201

3.湖南大学机械与运载工程学院,长沙,410082

0 引言

氢能是可实现零污染、零排放的绿色能源[1]。管式重整器是实现甲醇制氢的高效装置之一,已得到广泛的应用[2]。甲醇水蒸气在重整器中吸收热量,实现催化制氢(methanol-steam-reforming,MSR)反应,具有重整温度低(200～300 ℃)、工艺操作简单、氢气含量高以及CO含量低等优点[3],这对获得高纯度氢气、减少产物再处理成本很重要。近年来,采用管式重整器制氢,在移动电源、船舶等小型化可移动应用场景展现了广阔的发展前景[4-5],备受人们关注。

供热有效性与重整器性能息息相关,提高催化床供热有效性主要有两方面措施,一是增大与载热介质之间的有效换热面积,二是减少载热介质的热量流失。管式重整器常采用套管式结构,催化床由催化剂颗粒填充形成,以高温气体为热源补热,因高热阻和有效换热面积小易形成温度锥形“冷点”[6],导致会降低催化床催化效率[7]。考虑增大有效换热面积,尤永康[8]设计了内外两加热通道的双套管重整器,与单套管重整器相比,双套管重整器在传热性能、反应性能上都有很明显的提高;GURAU等[9]设计了由催化剂管束填充组成的催化床,外围采用四个圆弧燃烧通道供热的重整器单体,在设计工况下可以产生满足200 W高温燃料电池操作的氢气。同时考虑减少环境热量流失,WU等……