強放熱-強吸熱耦合催化反應工藝的數(shù)值模擬.pdf

1、本文首先提出了一種通過加入高熱導性的多孔介質改善強放熱氣-固催化反應傳質性能的新型金屬基結構化催化反應器新思路，并選擇了甲烷催化燃燒反應體系通過計算流體力學(CFD)模擬驗證其可行性；基于模擬結果分析了濃度、溫度、流速分布的基本特征，流體和多孔層表面之間以及多孔層內部的傳質特征及進口參數(shù)對傳質性能的影響。研究表明，該設計可以減小外部膜傳質阻力，并且，由于多孔介質層中粘性流的作用改善了多孔固體活性層中的傳質特性，提高催化劑有效因子。甲烷的

2、進口濃度以及混合氣進口溫度和速度對催化劑內、外傳質影響很小。 其次，建立了耦合吸/放熱反應的圓管式軸對稱二維反應器模型，以甲烷催化燃燒反應和甲烷二氧化碳重整反應為目標體系，通過有限體積法和SIMPLE算法求解模型，得到了反應器內發(fā)生化學反應時的溫度、濃度、速度分布及傳熱和傳質特性?；谀M結果討論了反應器設計參數(shù)—如徑向距離、導熱系數(shù)及燃燒側進口參數(shù)、重整側甲烷、二氧化碳進口摩爾比--對反應器性能的影響。結果表明：反應器徑向距離

3、是影響反應器性能的關鍵因素，徑向距離大將導致組分及熱量的傳遞不良，從而降低反應器性能，此時提高管壁導熱性能對反應性能沒有改善；燃燒側操作參數(shù)對反應器影響較小。 最后，在耦合吸/放熱反應的圓管式反應器內管管壁兩側加入多孔介質層，建立軸對稱二維反應器模型，考察了多孔固體層參數(shù)對反應器性能的影響。結果表明，當反應器徑向距離較大，加入多孔介質層較厚時，重整側甲烷轉化率較低，減小徑向距離和多孔層厚度可以顯著提高轉化率，但仍低于同條件下未加