催化涂层上煤层气自热重整制氢过程的热质传输特性研究

煤层气自热重整制氢既可以实现煤层气的洁净利用，又可以提供质子交换膜燃料电池所需的氢源，具有广阔的应用前景。本项目以微通道反应器中有强烈热效应的煤层气自热重整制氢过程为研究对象，研究"均匀分布"、"间断分布"和"梯级分布"的催化涂层上煤层气自热重整制氢过程的热质传输特性。首先，本项目创新性地采用冷喷涂技术制备可用于煤层气自热重整的"均匀分布"的催化涂层，通过实验研究分析微通道反应器中"冷点"、"热点"的形成机理，建立适用于催化涂层上煤层气自热重整制氢的本征动力学模型；然后在此基础上数值分析"间断分布"、"梯级分布"的催化涂层对重整器温度场分布和重整性能的影响，为催化涂层的制备提供理论的指导；最后，采用冷喷涂制备"间断分布"、"梯级分布"的催化涂层，并进行煤层气自热重整制氢的实验，研究涂层优化布置对自热重整过程的热质传输特性的影响规律，为煤层气制氢系统及其重整器的优化设计奠定理论和实验的基础。

本项目以燃料电池氢源系统中有强烈热效应的煤层气自热重整制氢过程为研究对象，开展了冷喷涂制备碳氢燃料重整制氢用催化剂涂层的实验研究工作并对催化涂层进行了表征分析；通过数值模拟研究了“均匀分布”、“间断分布”和“梯级分布“的催化涂层上多相催化反应的传输特性及温度场分布特性，分析了反应器操作参数、反应器结构参数等对重整制氢性能及温度场分布的影响以及自热重整制氢过程中“热点”的形成机理；然后实验研究了碳氢燃料在颗粒催化剂床层和涂层催化剂上蒸气重整制氢过程，分析了其在两种情况下“冷点”的形成机理，为催化涂层的优化布置提供了实验研究基础；进一步得到了甲烷在冷喷涂镍基催化涂层上的蒸汽重整反应动力学模型；最后本项目还对高温氦气加热的甲烷蒸汽重整制氢过程进行了热力学分析，并采用数值方法对甲烷蒸汽重整制氢反应器进行了分析。通过本项目的开展，基本完成了项目申请设定的研究内容和研究目标。在学术研究、创新及对研究方向把握的能力上有所提升。通过学术交流，提高了项目组成员的科研能力和学术交流能力。基本完成了项目设定的具体指标。