為實現(xiàn)生物柴油副產(chǎn)物甘油在制氫行業(yè)的發(fā)展,以流化床甘油重整制氫為研究對象,基于雙流體模型和顆粒動力學理論,結合甘油重整反應動力學模型,并嵌入二氧化碳吸附動力學模型和氫氣膜分離模型來描述兩種強化重整方法的作用.對流化床反應器生物甘油強化重整制氫過程開展了數(shù)值模擬,對反應器內(nèi)顆粒濃度、組分濃度、溫度進行預測,探究重整過程中氣固兩相流動與反應特性,分析氫氣膜分離和二氧化碳吸附兩種強化重整方法的相互作用規(guī)律,評價操作參數(shù)對重整性能的影響.結果表明:二氧化碳吸附可以抑制濃度極化阻力,提高氫氣滲透速率;吸附劑與催化劑比例為1∶1時,與沒有吸附劑相比,氫氣相對產(chǎn)量提高了5%;氫氣分離膜厚的減少會進一步提高二氧化碳吸附速率,當膜厚從300μm減少到30μm時,吸附速率提高1.4%;催化-吸附雙功能顆粒的使用可以加強二氧化碳的吸附水平,同時促進氫氣分離過程,相較于無吸附強化,氫氣滲透量提高了近20%. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2020,52(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

流化床膜反應器的結構示意

圖2 實驗與模擬數(shù)據(jù)對比由圖4可知,中心區(qū)域比墻壁附近的空隙率波動更加劇烈. 這是由于致密區(qū)域的形成增加了墻壁附近氣泡運動的阻力,使氣泡運動主要集中在床層中間區(qū)域,從而導致了明顯的空隙率振蕩. 與無二氧化碳吸附相比,二氧化碳吸附進一步增強了墻壁附近的空隙率波動程度. 尤其是采用雙功能吸附劑時,二氧化碳吸附的作用效果更加明顯. 這是由于二氧化碳吸附強化了催化重整反應,導致流化床氣體量增大,同時擴大了致密區(qū)域的范圍,導致更多的氣泡沿著流化床中間區(qū)域上升. 此外,二氧化碳的吸附也增大了墻壁附近的空隙率波動程度. 這是由于重疊的催化劑和吸附劑局部高濃度區(qū)域形成導致了墻壁附近的氣體產(chǎn)物也有所增加,從而加劇了墻壁附近的空隙率波動.

由圖4可知,中心區(qū)域比墻壁附近的空隙率波動更加劇烈. 這是由于致密區(qū)域的形成增加了墻壁附近氣泡運動的阻力,使氣泡運動主要集中在床層中間區(qū)域,從而導致了明顯的空隙率振蕩. 與無二氧化碳吸附相比,二氧化碳吸附進一步增強了墻壁附近的空隙率波動程度. 尤其是采用雙功能吸附劑時,二氧化碳吸附的作用效果更加明顯. 這是由于二氧化碳吸附強化了催化重整反應,導致流化床氣體量增大,同時擴大了致密區(qū)域的范圍,導致更多的氣泡沿著流化床中間區(qū)域上升. 此外,二氧化碳的吸附也增大了墻壁附近的空隙率波動程度. 這是由于重疊的催化劑和吸附劑局部高濃度區(qū)域形成導致了墻壁附近的氣體產(chǎn)物也有所增加,從而加劇了墻壁附近的空隙率波動.有、無二氧化碳吸附條件下,催化劑和吸附劑顆粒時均體積分數(shù)分布如圖5所示. 氫氣分離導致流化床膜周圍形成催化劑和吸附劑(或惰性顆粒)的局部高濃度區(qū). 一方面由于墻壁處顆粒易受到摩擦;另一方面,此區(qū)氫氣分離作用引起顆粒流化速度降低,兩者共同導致墻壁處局部顆粒高濃度區(qū). 另外,二氧化碳吸附也明顯導致該區(qū)域范圍擴大,進一步驗證了吸附對氫氣分離的強化作用. 雖然致密化區(qū)的形成不利于流化床床層和滲透膜間傳質(zhì),且減小了氣固相接觸和氣體停留時間,不利于流化床膜反應器性能. 但此重疊高濃度區(qū)域內(nèi)催化劑和吸附劑高度集中,促進催化劑和吸附劑間傳質(zhì),一定程度上有利于吸附強化催化重整反應.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]生物甘油水蒸氣重整制氫強化過程的參數(shù)評估[J]. 王帥,王琦,宋曉皎,王宏瑞,桂逸塵.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2018(01)



本文編號：3298277