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[能源与动力工程] 基于丙烷催化部分氧化的微管式固体氧化物燃料电池系统特性研究

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admin 发表于 2025-1-21 16:30 | 查看全部 阅读模式

基于丙烷催化部分氧化的微管式固体氧化物燃料电池系统特性研究
摘要:目的 便携式固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)系统包含气体供给模块、燃料处理模块、SOFC发电模块、热管理模块、尾气处理模块和控制模块等,其中,燃料处理模块与SOFC发电模块之间存在复杂的耦合匹配关系,明确模块间的耦合特性对提升系统性能以及运行寿命十分关键。 方法 分析了温度、碳氧比等因素对以Rh为催化剂的丙烷催化部分氧化(catalytic partial oxidation,CPOx)性能的影响,并进一步测试了CPOx与SOFC电堆的耦合性能。 结果 随着体积空速的升高,CPOx重整效率先升高后下降,100、150 mL/min是较为合适的体积空速;而温度的升高则能一直提升重整效率,但是高温度下相同温度增幅带来的重整效率提升逐渐减小;实验得到的最优碳氧比为1.0;在CPOx的最优工况下,SOFC电堆的性能达到了8.38 W。 结论 在丙烷体积空速150 min-1,碳、氧摩尔分数比1.0,工作温度800 ℃的条件下,SOFC电堆与CPOx的耦合性能最佳,丙烷便携式发电系统在体积为12 L时发电功率达到150 W。

Abstract:Objectives A portable solid oxide fuel cell (SOFC) system includes a gas supply module, a fuel processing module, an SOFC power generation module, a thermal management module, an exhaust treatment module and a control module. There is a complex coupling relationship between the fuel processing module and the SOFC power generation module. Clarifying the coupling characteristics between them is crucial for improving system performance and operating time. Methods The effects of temperature, the carbon-to-oxygen ratio and other factors on the performance of catalytic partial oxidation (CPOx) of propane with Rh as catalyst were analyzed, and the coupling performance of CPOx and SOFC stack was further tested. Results With the increasing of fuel flow rate, the reforming efficiency first increases and then decreases. The most suitable flow rate is 100 or 150 mL/min. An increase in temperature can continuously improve the reforming efficiency, but the improvement in reforming efficiency at high temperatures caused by an increase in temperature gradually decreases. The optimal C/O ratio obtained from the experiment is 1.0. Under the optimal operating conditions, the output power of SOFC stack reaches 8.38 W. Conclusions Under the conditions of propane flow rate of 150 min-1, carbon and oxygen mole fraction ratio of 1.0, and operating temperature of 800 ℃, the coupling performance between SOFC stack and CPOx is the best, the portable propane power generation system can generate 150 W of power with a volume of 12 L.

标题:基于丙烷催化部分氧化的微管式固体氧化物燃料电池系统特性研究
title:Characteristics Research of a Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cell System Based on Catalytic Partial Oxidation of Propane

作者:张瑞宇, 王雨晴, 任佳伟
authors:Ruiyu ZHANG, Yuqing WANG, Jiawei REN

关键词:便携式发电设备,固体氧化物燃料电池(SOFC),催化部分氧化(CPOx),丙烷,耦合特性,
keywords:portable power generation equipment,solid oxide fuel cell (SOFC),catalytic partial oxidation (CPOx),propane,coupling characteristics,

发表日期:2024-06-30
2025-1-21 00:29 上传
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