文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123394
平板微通道反应器内煤层气自热重整制氢的数值分析
漆波,罗清海,彭川, 王玉林
(南华大学机械工程学院湖南衡阳 421001)
(TEL:0734-8281864,**********; Email:qb1420@)
摘要: ,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上,煤层气自热重整制合成气进行了数值分析计算,并且探讨了煤层气浓度、水碳比、进口温度、空速对自热重整反应性能和温度场分布的影响。计算结果表明,不同的煤层气浓度将极大地影响煤层气自热重整的性能及温度场分布情况,-;进口温度线性地影响燃料转化率、产氢率及热点温度;空速反应了反应器处理煤层气的能力,随着空速的增大,转化率、产氢率降低,反应器热点温度升高;水蒸汽的存在将强化蒸汽重整反应,水碳比增大有利于降低反应器中的热点温度、防止催化剂烧结、减少催化剂积碳。
关键词:平板微通道反应器;煤层气自热重整;热点温度;
中图分类号: 文献标识码:A
引言
中国具有丰富的煤层气资源,煤层气是可利用的洁净能源[1]。然而目前,大部分低浓度的煤层气采用直接排放的方式,煤层气的温室效应是二氧化碳的21倍左右,因此煤层气的直接排放即造成了资源的极大浪费,同时又加剧了温室效应;采用煤层气制取氢气,即可以实现资源的洁净利用,又可以减少温室气体的排放,具有广阔的发展前景。煤层气除了甲烷是主要的可燃气体以外,其它成分主要是空气,因此利用煤层气中的甲烷和氧气实现煤层气自热重整制氢,该方式减少了煤层气分离提纯的成本,在煤层气洁净利用中是最有效、合理的方式之一[2]。
平板微通道反应器具有结构简单、易放大等优点,采用平板微通道反应器实现煤层气自热重整制氢可为小规模、可移动燃料电池提供氢源[3][4]。然而,在平板微通道反应器中实现煤层气自热重整制氢,由于放热反应和吸热反应不能及时地实现热量的平衡,同样存在热点问题。过高的热点温度将会导致催化剂”从点到面“的烧结,从而导致催化剂完全失活。因此,热点的存在对于催化剂的稳定性、活性、使用寿命都将有极大的影响[5]。现在,对于催化剂烧结的研究,主要集中在提高催化剂的抗烧结能力方面,通过提高活性组分的分散度或添加一些组分提高催化剂抗烧结的能力,而很少对通过反应器的热量管理降低反应器热点温度以避免催化剂烧结的进行研究[6]。
采用煤层气发电是当前煤层气利用的主要方式[7][8],而对于煤层气自热重整制氢的研究较少,对于煤层气自热重整制氢中所存在的热点温度进行研究、分析的报道更少。因此,本文针对不同甲烷浓度的煤层气、不同水碳比、不同进口温度、不同进口空速的情况对平板微通道反应器中的重整性能和温度场分布进行了分析。
2物理模型和数学模型
平板微通道反应器结构简单,由若干块喷涂有催化剂的不锈钢薄板层叠而成,不锈钢板为双面负载催化剂涂层,每个通道是一个反应通道。煤层气和水蒸汽的混合气体在催化剂涂层上进行反应。
图1 计算物理模型示意图
对于平板微通道自热重整反应器,在计算中考虑到对称性,取平板微反应器中一个微通道单元为研究对象(图1),上下边界为绝热边