強(qiáng)放熱-強(qiáng)吸熱耦合催化反應(yīng)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(dǎo)性的多孔介質(zhì)改善強(qiáng)放熱氣-固催化反應(yīng)傳質(zhì)性能的新型金屬基結(jié)構(gòu)化催化反應(yīng)器新思路，并選擇了甲烷催化燃燒反應(yīng)體系通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬驗(yàn)證其可行性；基于模擬結(jié)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(nèi)部的傳質(zhì)特征及進(jìn)口參數(shù)對傳質(zhì)性能的影響。研究表明，該設(shè)計(jì)可以減小外部膜傳質(zhì)阻力，并且，由于多孔介質(zhì)層中粘性流的作用改善了多孔固體活性層中的傳質(zhì)特性，提高催化劑有效因子。甲烷的

2、進(jìn)口濃度以及混合氣進(jìn)口溫度和速度對催化劑內(nèi)、外傳質(zhì)影響很小。 其次，建立了耦合吸/放熱反應(yīng)的圓管式軸對稱二維反應(yīng)器模型，以甲烷催化燃燒反應(yīng)和甲烷二氧化碳重整反應(yīng)為目標(biāo)體系，通過有限體積法和SIMPLE算法求解模型，得到了反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的溫度、濃度、速度分布及傳熱和傳質(zhì)特性。基于模擬結(jié)果討論了反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)—如徑向距離、導(dǎo)熱系數(shù)及燃燒側(cè)進(jìn)口參數(shù)、重整側(cè)甲烷、二氧化碳進(jìn)口摩爾比--對反應(yīng)器性能的影響。結(jié)果表明：反應(yīng)器徑向距離

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