優先氧化法對微型重組器去除CO之效應

The Effect of PROX on CO Removal for Micro-Reformer

黃建華(Kin-Wa Wong)

指導教授 ： 蘇金佳

國立臺灣大學/工學院/機械工程學研究所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2009.01020

摘要

本研究設計並組裝一套優先氧化反應系統，用於甲醇重組器後端以作為一氧化碳去除，甲醇蒸汽重組器將甲醇水溶液轉化為氫氣、一氧化碳及二氧化碳，而其中一氧化碳濃度為0.5~3%，一氧化碳會毒化燃料電池鉑電極，因而需要在甲醇重組器後端裝設優先氧化反應器系統。
因此本實驗針對CO去除的部分設計一優先氧化反應器，此反應器尺寸設計為80mm×80mm×16.5mm，其流道尺寸則為1.5mm×0.75mm×50mm，而塗佈之觸媒為1%Ru-1%Fe-Al2O3，且觸媒是直接塗佈於流道上，並在反應器上設計多個出入口，以利實驗參數的探討。本實驗所使用之氣體成份為75%H2、24%CO2、1%CO，並設計一混合槽以便氧氣的混合。本研究分別探討PROX反應溫度、λ（O2/CO比）、反應面積以及空間速度等參數對PROX反應中CO濃度的影響，並且對PROX反應中甲烷化的效果，以期能完整呈現優先氧化系統實際運作中的現象。
實驗結果顯示，反應溫度為140℃-180℃時，CO濃度低於20ppm，另外隨著溫度的增加，其甲烷產量更明顯，引起氫氣的大量流失。提高O2/CO比，可以改善PROX反應觸媒在較低溫度時的活性，並增加CO轉化率，使觸媒在低溫區即有高CO轉化率，而在本實驗中，以O2/CO比等於2時，有最佳之CO轉化率。當反應溫度為220℃-260℃時，甲烷的產量會大幅增加，而在這溫度區間內，CO轉化率會降低，在實際操作上，會避免這溫度區間。反應面積越大時，能促進低溫時CO轉化率的提升，而在140℃-180℃時，並沒有明顯影響，反而在反應面積減少時，高溫區間的甲烷產量會明顯減少。在溫度為140℃-180℃、O2/CO比為2、反應面積為3937mm2時，CO濃度為20ppm以下，而甲烷濃度亦在200ppm以下，為實驗中較佳之實驗數據。

關鍵字

質子交換膜燃料電池 ； 優先氧化法 ； 氫氣純化 ； 甲烷化 ； Ru觸媒

並列摘要

Fuel cell converts the chemical energy within the fossil fuel directly to electrical energy without combustion. Hydrogen is the sources of fuel cell. Through the gas reforming process, methanol solution could be converted into hydrogen-rich gas. But in this hydrogen-rich gas, it has less CO what can make the platinum anode electrode poisoned. The Preferential Oxidation (PROX) can reduce CO in Hydrogen-rich gas.
The experimental investigation is performed a PROX reactor to cleanup CO into hydrogen-rich gas. The dimension of reactor is 80mm×80mm×16.5mm with serpentine channel, while those of the flow channels will be 1.5mm×0.75mm×50mm. The 1%Ru-1%Fe-Al2O3 catalyst is directly coated on the flow channel. At this research, the main propose is to observe the effect of temperature, O2/CO ratio and reacting area for the PROX reaction.
The experimental results show that CO concentration can obtain less 20ppm form simulated reformates containing 75% H2, 24% CO2, 1% CO in 140℃-180℃. When the O2/CO is increasing, it can make the catalyst activity more. In this experience, O2/CO equals 2 has the best CO conversion. The methane yield apparently increases with raising reaction temperature from 220℃ to 260℃. The effect of reaction area can increase CO conversion in low temperature area about 80℃ to 140℃ and methane yield rises over 220℃.

並列關鍵字

PEMFC ； PROX ； Hydrogen purification ； Methanation ； Ru catalyst

參考文獻

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