用于燃料加工应用的微通道反应器

一、水煤气变换反应器

作者链接打开覆盖面板汤科维 奇,JL 齐尔卡,MJ 拉蒙特,王勇 _,RS 韦根

太平洋西北国家实验室，MSIN K8-93，Battelle Blvd，PO Box 999，Richland，WA 99352，美国

1999 年 6 月 9 日在线发布。

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引用

https://doi.org/10.1016/S0009-2509(98)00346-7获取权利和内容

抽象的

水煤气变换反应器是多反应器燃料处理系统的关键组件之一，该系统通过使用燃料电池支持分布式能源生产。水煤气变换反应将一氧化碳（在燃料处理器的初级转化阶段产生）和水转化为二氧化碳和氢气。水煤气变换反应具有缓慢的观察到的动力学，具有多秒的接触时间，这在固定床反应器中被引用。然而，测量到的固有反应动力学很快，接触时间为毫秒，这使得微通道反应器中的部署小型化成为可能。微通道反应器减少了反应的热量和质量传输限制，从而有利于利用快速的固有反应动力学，即。高效率因素。这项工作的意义表明，用于燃料处理器（和其他应用）的水煤气变换反应器的尺寸将比传统处理硬件小一到两个数量级。

参考文献 (0)

被引用 (145)

• 用于提高氢气产量的甲醇自热重整系统：过程模拟和热力学优化

2023年，国际氢能杂志

引文摘录：

从上述反应可以看出，重整反应器出口处的产物温度较高，不可避免地形成CO。WGS反应通常可以将CO浓度从10%降低至约1%[30]，然后采用CO-PrOX将CO浓度去除至约10 ppm的水平。同时，考虑到相邻反应器的进出口温度并不完全匹配，从提高系统能量利用效率的角度来看，需要回收物料热量来预热反应物。

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甲醇自热重整是一种潜在的生产氢气的方法，可用于质子交换膜燃料电池等汽车动力电池。将重整器与燃烧器结合起来产生大量氢气是有前途的，但必须考虑重整器和燃烧器之间的传热效率的挑战。此外，系统结构的复杂性也不利于其大规模运行水平。本文构建并开发了一种新型的无催化燃烧的甲醇自热重整制氢系统，旨在生产低CO浓度的富氢气体。利用Aspen Plus软件和参数敏感性分析方法对目标系统进行了详细的过程模拟和热力学优化。此外，采用催化燃烧的甲醇自热重整制氢系统作为参考系统。结果表明，该新型系统可以通过甲醇部分氧化和蒸汽重整的耦合实现自持运行。由于水煤气变换和CO优先氧化反应的综合作用，产物气中CO浓度非常低（<10 ppm）。经验证，在最大火用效率条件下，新型系统的火用效率与参考系统相比并未明显提高，但氢气收率提高了约27.65%，热效率提高了约17.51%，产生单位摩尔H ₂时的火用损失减少20.53kJ/mol。在最大产氢率的情况下，新型系统的各项指标也表现较好。值得注意的是，重整器是该新型系统中主要的火用损失源，这为进一步优化参数配置提供了理论基础。该工作对于研究甲醇制氢耦合车用动力电池集成系统小型化设计的研究人员将有所裨益。

• 用于合成气生产的微通道反应器技术

2022 年，合成气进展：方法、技术和应用：合成气生产和制备：第 1 卷

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合成气主要由一氧化碳和氢气组成，含有微量碳氢化合物分子。这种气体具有很高的热值，因此可以产生大量的能量，为一些巨大而复杂的设施提供动力。合成气可用作精炼操作中的氢源，以生产氨、甲醇、加氢以及燃料。同时，微通道反应器是 FT（费托）反应器技术的最新进展。这些反应器由直径范围为 0.1 至 5.0  mm 的平行通道阵列组成。微米级保持催化剂上的数千个通道与充满热水的通道纠缠在一起以对其进行冷却。这种关系提高了过程的传热效率，从而可以保持稳定的温度、高活性率和较长的催化剂寿命。如果散热不能有效完成，将会对设备和其他电子设备的寿命产生不利影响，导致效率下降。许多研究人员已经研究了微通道的行为、微通道内的流体流动可视化及其在理论上和经验上的用途。本章讨论微通道的刚性行为、它们如何制造合成气，以及它们如何在许多不同的行业中使用。

• 用于按需从二甲醚生产氢气的独立微型重整器

2021 年，电源杂志

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进入可持续能源生产和消费的新时代，微型燃料电池在为消费电子产品提供高能量密度方面显示出巨大潜力，而微反应器技术确实可以通过从碳氢化合物中按需提供氢气来实现其集成。在这项工作中，我们展示了基于 MEMS 的催化微反应器的设计和完全可扩展的晶圆级制造，并通过 3D 打印陶瓷外壳在实际操作条件下进行了测试。该器件由数千个垂直排列的微通道阵列组成，长度为 500 μm，直径为 50 μm，每单位体积的总表面积为 120 cm ²  cm ^-3，并且嵌入了薄膜加热器，以实现高效反应启动。首次完全通过原子层沉积（ALD）和快速热处理（RTP）实现了微反应器的功能化，从而形成了 Pt/Al ₂ O ₃多相催化剂的均匀涂层，并在此进行了蒸汽重整测试（ SR）和二甲醚（DME）的部分氧化（POX）。在此，通过 650 °C 下的蒸汽重整获得了高达 74% 的转化率和约 60% 的氢气选择性，而 600 °C 下 4.5 mL _H2 mL ^-1 _DME cm ^-3 _REACTOR的比体积氢气产量可通过以下公式获得：二甲醚痘。

• 研究非绝热微反应器对蒸汽重整过程中水煤气变换反应过程强化的益处

2020年，国际氢能杂志

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目前，蒸汽重整工艺是氢的最大工业来源。提高其效率有助于减少相关的碳排放和氢气生产成本。使用具有集成冷却功能的微反应器强化水煤气变换反应是实现这一目标的一种方法。在这项研究中，开发了其中一个微反应器的二维计算模型，通过实验数据进行验证，然后用于演示微反应器如何增强水煤气变换反应的转化率，使其超出使用传统填充床所能实现的范围反应堆。然后将这些结果推广到蒸汽重整过程的完整系统模型中，以证明微反应器如何降低氢气生产成本。结果表明，微反应器可以显着减少水煤气变换反应所需的反应器体积和催化剂负载，并且可以类似地降低与蒸汽重整过程相关的氢气生产成本。

• 推广Re/Al<inf>2</inf>O<inf>3</inf>体系作为酸性水煤气变换催化剂

2020，今日催化

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• 微反应器中的氢气生产

2020，（生物）膜的当前趋势和未来发展：氢气生产、分离和利用的新视角

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催化微反应器是氢气生产过程强化的关键技术，特别是用于为燃料电池提供燃料的现场和/或机载应用。本章介绍了使用微反应器从各种来源催化和光催化产生氢气的主要过程和材料。蒸汽重整；干重整；部分氧化；自热重整；修改了使用微反应器分解甲烷、甲醇、乙醇、多元醇、二甲醚和氨以产生富氢气体混合物的方法。还讨论了使用各种微反应器装置光生氢。微通道的小体积及其高表面积与体积比增强了质量、热量和光子传递；实现安全运行；并允许开发紧凑且强大的燃料处理器。