双级膜重整器(DSMR)耦合SiC泡沫催化床强化甲醇蒸汽重整制氢的实验研究

本文创新性地设计了一种集成双级膜重整系统(DSMR)，通过结构化SiC泡沫负载Cu-Fe/Al2O3-Zn-ZrO2催化剂提升传质传热效率，结合多程膜分离器(MPMS)实现氢气的梯级回收。实验表明，在673K、300kPaG条件下，DSMR系统甲醇转化率达75%，氢气回收率74.5%，较传统膜重整器(MR)提升8.5%，为分布式制氢提供了高效解决方案。

　　

亮点

本研究通过创新设计的双级膜重整系统(DSMR)，成功解决了传统甲醇蒸汽重整(MSR)中氢气回收率低的关键难题。就像搭建"氢气捕手双塔"一样，第一级膜重整器(MR)负责初步提纯，第二级多程膜分离器(MPMS)则像精密筛网般捕获逃逸的氢气。

实验方法

我们采用"三明治"式催化剂设计：以高导热SiC泡沫为骨架（热导率8.56 W m^-1 K^-1），表面涂覆Cu-Fe/AZZ双金属催化剂（Cu-Fe=50:50，AZZ=70:15:12）。这种结构就像给反应器装上了"纳米级暖气片"，显著改善了径向传热。配套的Pd₈₅Ag₁₅/Al₂O₃膜则扮演着"分子安检门"的角色，只允许H₂通过。

结果与讨论

在673K的"黄金温度"下，DSMR展现出惊人性能：

• 甲醇转化率飙升至75%，比传统反应器(TR)提高22%

• 氢气回收率达到74.5%，相当于每100个氢气分子就能抓回74个

• 催化剂像"永动机"般稳定运行，归功于SiC泡沫的"温度缓冲"效应

特别有趣的是，当增加膜面积至495cm²时，系统仿佛开启了"涡轮增压"模式，氢气产率显著提升。这完美印证了Le Chatelier原理——就像拔河比赛中不断拉走一方队员，反应会持续向制氢方向移动。

结论

DSMR系统犹如"氢气精炼双塔"，第一级实现高效转化，第二级完成深度提纯。SiC泡沫催化剂就像反应器的"智能温控外套"，而阶梯式膜分离设计则像设置了两道"分子安检"，最终使氢气回收成本降低30%。这项技术为燃料电池汽车等移动式应用提供了"即产即用"的氢能解决方案。