電暈放電甲醇分解制氫及其模擬研究.pdf

1、甲醇被認(rèn)為是安全、價(jià)廉、易操作的儲(chǔ)氫材料，它的來(lái)源不依賴于石油，是目前、也將是未來(lái)中小規(guī)模制氫的重要原料，在燃料電池中有重要應(yīng)用。等離子體法甲醇制氫可不用催化劑，可在很低環(huán)境溫度、極短時(shí)間、較小反應(yīng)空間內(nèi)引發(fā)反應(yīng)，生成氫氣，是多變條件下小規(guī)模生產(chǎn)氫氣的理想選擇。本論文研究在電暈放電形式下甲醇分解制氫的反應(yīng)特性，模擬甲醇分解的主反應(yīng)過(guò)程和副反應(yīng)過(guò)程，為設(shè)計(jì)等離子體甲醇制氫工藝提供理論基礎(chǔ)。 系統(tǒng)研究了正電暈放電甲醇分解反應(yīng)產(chǎn)氫率和

2、制氫速度的影響因素，進(jìn)行了負(fù)電暈和正弦交流電暈的比較。得出的主要結(jié)論是：高濃度進(jìn)料給出高的制氫速度和能量效率，停留時(shí)間在0.03s左右可以達(dá)到最高的制氫速度；影響氫產(chǎn)率的是包含著停留時(shí)間、進(jìn)料濃度、電功率等因素在內(nèi)的比能密度，比能密度越高，氫產(chǎn)率越高。進(jìn)一步考察了電極間隙、交流電波形和頻率對(duì)氫產(chǎn)率的影響。對(duì)比國(guó)外文獻(xiàn)，本論文設(shè)計(jì)的反應(yīng)器制氫能效和能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)外報(bào)道的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，等離子體甲醇分解反應(yīng)除生成氫氣和一氧化碳

3、外，還同時(shí)生成乙二醇，由此實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了由甲醇偶聯(lián)生成乙二醇的反應(yīng)。 在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果解析和討論的基礎(chǔ)上，提出了模擬甲醇分解主反應(yīng)和副反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型。以甲醇分解的9個(gè)自由基焓值為基礎(chǔ)，推測(cè)了甲醇等離子體分解出現(xiàn)的三個(gè)自由基反應(yīng)初始狀態(tài)。選取27個(gè)基團(tuán)(包括自由基和分子)所涉及的115個(gè)基元反應(yīng)作為甲醇分解過(guò)程中可能發(fā)生的反應(yīng)，利用Matlab6.0模擬計(jì)算電暈放電條件下甲醇分解后主體自由基和邊界層自由基隨時(shí)間的變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果與實(shí)