Methanol steam reforming in a compact plate-fin reformer fuel-cell systems سیستم سوخت سلولی

ترجمه مقاله اماده 

 Methanol steam reforming in a compact plate-fin reformer for fuel-cell systems

تغییر بخار متانول در یک به اصطلاح بشقاب باله برای سیستم های سوخت سلولی

مجله و سال

International Journal of Hydrogen Energy 2005

کلمات کلیدی

Plate-fin reformer; Methanol; Steam reforming; Hydrogen; Scale-up; Fuel cell

قیمت مقطوع 3 هزار تومان

جیمیل:

 [e-mail]

لینک دانلود مقاله لاتین 

یک محفظه اصلاح، دو محفظه تبخیرو دو محفظه احتراق برای تبدیل شدن به یک  PFR جمع و جور ، یکپارچه شده اند. طرحی از این مفهوم در شکل 1آورده شده است. هر اتاق یا همان محفظه اصلاح یک پیکربندی بشقاب باله ای دراد و حالت جریان متقابل به طور متناوب در اتاقها و محفظه ها در جریان است (شکل 2). به منظور افزایش میزان انتقال حرارت، در تحقیق ما، یک باله سوراخ دار نصب شده است. مشخصات باله نیز در شکل 2 آورده شده است. اگر هوا و هیدروژن به طور مستقیم در ورودی محفظه احتراق با هم مخلوط شوند، درجه حرارت به سرعت افزایش می یابد به طوریکه منجر به یک فرار کنترل نشده از واکنش گرما زا میشود. از این رو، 2 توزیع کننده H2 که برای ساختن یک گاز غنی هیدروژن برای توزیع یکنواخت عمل می کنند، درون محفظه احتراق مرتب می شوند به طوریکه  می توان از انتقال بیش از حد دما را اجتناب کرد (شکل 2). PFR، که دارای حجمی به اندازه 150mm × 125mm × 40mm می باشد، از فولاد ضد زنگ ساخته شده است.

آب دو نقش در اصلاح بخار متانول بازی می کند. ابتدا بعنوان یک واکنش دهنده در اصلاح بخار متانول، که به طور انتخابی آن را تحت تاثیر هیدروژن قرار می دهد. دوم بعنوان یک فاکتور بسیار مهم که با توجه به گرمای نهان تبخیر و ظرفیت حرارت اشف بر دمای اصلاح تاثیر می گذارد. در یک درجه حرارت معین، اگر آب کمتری وجود داشته باشد، بنابراین سوخت کمتری برای تغذیه محفظه های احتراق مورد نیاز است، و این می تواند بهره وری PFR را افزایش دهد. اما آب کمتر به انتخاب کمتر به سوی هیدروژن منجر می شود. در شکل 5 تحت سرعت های فضایی مختلفی از واکنش دهنده ها، و با نسبت پایین تر H2O/CH3OH، انتخاب هیدروژن کاهش یافته اما به کمتر از 98% نمی رسد. علاوه بر این، هر چند آب بیشتر می تواند انتخاب هیدروژن را افزایش دهد، همچنین باعث تبدیل کمتر متانول می شود (شکل 6) و سوخت بیشتری برای تغذیه در محفظه احتراق در همان زمان لازم دارد. تحت سرعت های فضایی کمتر، تبدیل متانول می تواند به 100% برای نسبت های مختلف H2O/CH3OH برسد. هنگامی که سرعت فضایی واکنش دهنده ها افزایش داده می شود، به وضوح تبدیل متانول کاهش می یابد، اگرچه حرارت عرضه شده توسط احتراق به طور همزمان افزایش یابد. در نتیجه ضروری است که یک نسبت مطلوب از H2O/CH3OH  را در آزمایش انتخاب کنیم.

A compact plate-fin reformer (PFR) consisting of closely spaced plate-fins, in which endothermic and exothermic reactions

take place in alternate chambers, has been studied. In the PFR, which was based on a plate-fin heat exchanger, catalytic

combustion of the reforming gas, as a simulation of the fuel cell anode off gas (AOG), supplied the necessary heat for

the reforming reaction. One reforming chamber, which was for hydrogen production, was integrated with two vaporization

chambers and two combustion chambers to constitute a single unit of PFR. The PFR is very compact, easy to be placed and

scaled up. The effect of the ratio of H2O/CH3OH on the performance of the PFR has been investigated, and temperature

distributions in different chambers were studied. Besides, the stationary behavior of the PFR was also investigated. Heat

transfer of the reformer was enhanced by internal plate-fins as well as by external catalytic combustion, which offer both high

methanol conversion ratio and low CO concentration. In addition, the fully integrated reformer exhibited good test stability.

Based on the PFR, a scale-up reformer was designed and operated continuously for 1000 h, with high methanol conversion

ratio and low CO concentration.

The performance stability of the PFR was studied in the

experiment. Firstly, after the reforming reaction was carried

on steadily, the fuel used in catalytic combustion in the

combustion chamber would be switched from the hydrogen

in the cylinder to part of the reforming gas. The reaction

temperature in the PFR fluctuated slightly during the combustion

gas switch (Fig. 9). Secondly, the stationary behavior

of the PFR was also investigated, the results of which are

shown in Fig. 10. The reactions in the PFR were performed

continuously for 100 h. During the performance tests, the

flow rate of CH3OH–H2O was kept at 5 mL/min and the

molar ratio of H2O/CH3OH was 1.5, and the pressure

of the reforming chamber was held at about 0.04 Mpa. In

order to supply the energy for heating the reforming chamber,

40–42% of the reforming gases were returned to the

combustion chambers. The conversion was kept at 100% except

at several points where the waste liquids were removed

from the system, which caused the hydrogen in the combustion

chamber to decrease. In addition, the pressure controller

in this systemhad a few limitations that caused the

pressure of the reforming chamber to fluctuate slightly. This

situation caused the reforming gas to be unable to return