熔融盐作热载体太阳能甲烷蒸汽重整制氢过程的模拟研究
发布时间：2021-02-14 05:08
氢作为一种重要的能源载体和燃料，具有储量丰富、来源广、可再生、无污染等特点。现阶段发展最为成熟的工业化制氢工艺还是甲烷重整制氢工艺，但其反应条件较为苛刻，目前，对于提高氢气产率的过程优化是研究热点之一。甲烷重整需要大量的化石燃料供热，寻找适合的清洁外热源是甲烷重整制氢工艺的发展方向，因此，采用太阳能作为系统外热源这一工艺改进具有重要意义。本文应用现代化工过程模拟软件Aspen Plus，对甲烷蒸汽重整制氢过程进行必要的工艺简化，选择合适的单元操作模型和热力学方法，实现了制氢系统的模拟。研究了反应器中水碳比、操作温度、操作压力对氢气产率的影响规律。模拟结果表明，氢气产率随水碳比的增大而提高；压力较低时，重整反应器（R1）氢气产率与操作温度的关系曲线成指数函数形式，压力超过一定值，成二次函数形式；温度较低时，R1氢气产率与操作压力的关系曲线成指数函数形式，温度超过一定值，成二次函数形式，模拟结果符合甲烷重整反应及变换反应的反应规律。通过流程模拟分析，对整个工艺流程进行了优化，提出多反应器串联和单反应器回流两个优化方案。模拟结果显示，两个优化方案均可提高甲烷转化率，降低操作温度。在制氢过程中...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲醇制氮工艺流程
图 1-3 生物质制氢技术分类图Fig. 1-3 Category of HPTB1.2.4.1 生物法制氢生物法制氢主要有两种方式，一种光合作用制氢，即通过光合细菌或微藻直接或间接地将太阳能转变为氢能[31]，具有来源广，费用低的优势；另一种是发酵制氢，一般借助固氮菌或者异养型厌氧菌使有机物发酵获得氢气[32]，该方法同时利用了光能及生物质中存在的化学键，随着能量代谢的进行制得了氢气。生物法制氢过程无污染，不消耗化石能源，是一种很环保的制氢方法，而且生物体能够自我繁殖和复制，通过光合作用实现物质与能量之间的转换，且这种转换过程条件简单，在酶催化的情况下，常温常压状态就能获取氢气。从能源状况和长远发展看来，以水为原料，利用光能通过生物体制取氢气是最有前途的方法。目前国际上，生物法制氢是生物制氢领域的研究热点，但其尚处于研究阶段，无法推广使用，需要加强研究开发，逐步从试验研究阶段走入应用。1.2.4.2 热化学法制氢所谓生物质热化学法制氢即采用热化学方法，通过空气中的 O2或其他含氧物
以下两图是根据欧洲核能机构（ENEA）最新的设想并发展成熟的槽结构， CSP 方案描述的 550℃下熔融盐作热载体，槽式太阳能和两熔盐储罐系统。硝酸盐 NaNO3/KNO3(60/40 w/w)不仅作为存储介质，也作为高温下的热转换，在接收管中流动。接收管（图 1-4）用来抵抗最高可达 580℃的高温[53]，位性抛物面的反射镜的焦线上，有两个同轴的圆筒组成，这两个圆筒以绝热的隙隔开，外面的玻璃管作为保护套，里面的钢管吸收太阳能，转化为熔盐的显热。接收管的关键选择性化合物涂层用来保证在高温下（550℃）其效率达到最大，由 ENEA 专门设计，已经发展成熟。涂层覆盖于钢管上，保证最地吸收太阳辐射以及热管中的红外线发射。根据发电设备的规模和储存能双罐（1-5）或斜温层（即由于流体分层，单罐高度方向的温度梯度）系统可于太阳能储热。如图 1-5 所示，熔融盐由热变冷释放出的显热为重整反应器外热源，增大了甲烷的转化率。对很多潜在的高空太阳辐射领域，这种太阳能收集系统很容易适应其特征，长时间的阴天之外（>3 天），都能够连续供热。研究进一步的改进以降低零本和材料改良而告终。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气蒸汽重整制氢WTT阶段能量消耗及排放分析[J]. 高有山,权龙,王爱红,杨敬. 机械工程学报. 2013(08)
[2]天然气水蒸汽转化制氢的Aspen plus模拟分析[J]. 姜薇,马瑞,赵峰,张桂林. 天然气化工（C1化学与化工）. 2013(01)
[3]天然气制氢工艺现状及发展[J]. 张云洁,李金英. 广州化工. 2012(13)
[4]熔融盐传热蓄热及其在太阳能热发电中的应用[J]. 吴玉庭,任楠,刘斌,马重芳. 新材料产业. 2012(07)
[5]天然气重整制氢新技术的研究进展[J]. 张二涛,解东来. 应用化工. 2012(06)
[6]天然气制氢反应器的研究进展[J]. 陈恒志,郭正奎. 化工进展. 2012(01)
[7]甲醇制氢研究进展[J]. 杜彬. 辽宁化工. 2011(12)
[8]非化石能源制氢技术综述[J]. 常乐. 能源研究与信息. 2011(03)
[9]圆管内熔融盐强迫对流换热的实验研究[J]. 刘斌,吴玉庭,马重芳,赵耀华. 工程热物理学报. 2010(10)
[10]甲醇精馏系统模拟与优化[J]. 常虹,王永胜,王东岩,张述伟. 计算机与应用化学. 2010(09)
硕士论文
[1]非均匀分布微通道载体甲醇重整制氢性能研究及结构优化[D]. 李金恒.华南理工大学 2010
[2]影响氢氧机转换效率关键技术的研究[D]. 吴伟宾.哈尔滨工业大学 2010
[3]一种钯膜组件透氢性能的实验研究[D]. 于金凤.华南理工大学 2010
本文编号：3033166
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甲醇制氮工艺流程
图 1-3 生物质制氢技术分类图Fig. 1-3 Category of HPTB1.2.4.1 生物法制氢生物法制氢主要有两种方式，一种光合作用制氢，即通过光合细菌或微藻直接或间接地将太阳能转变为氢能[31]，具有来源广，费用低的优势；另一种是发酵制氢，一般借助固氮菌或者异养型厌氧菌使有机物发酵获得氢气[32]，该方法同时利用了光能及生物质中存在的化学键，随着能量代谢的进行制得了氢气。生物法制氢过程无污染，不消耗化石能源，是一种很环保的制氢方法，而且生物体能够自我繁殖和复制，通过光合作用实现物质与能量之间的转换，且这种转换过程条件简单，在酶催化的情况下，常温常压状态就能获取氢气。从能源状况和长远发展看来，以水为原料，利用光能通过生物体制取氢气是最有前途的方法。目前国际上，生物法制氢是生物制氢领域的研究热点，但其尚处于研究阶段，无法推广使用，需要加强研究开发，逐步从试验研究阶段走入应用。1.2.4.2 热化学法制氢所谓生物质热化学法制氢即采用热化学方法，通过空气中的 O2或其他含氧物
以下两图是根据欧洲核能机构（ENEA）最新的设想并发展成熟的槽结构， CSP 方案描述的 550℃下熔融盐作热载体，槽式太阳能和两熔盐储罐系统。硝酸盐 NaNO3/KNO3(60/40 w/w)不仅作为存储介质，也作为高温下的热转换，在接收管中流动。接收管（图 1-4）用来抵抗最高可达 580℃的高温[53]，位性抛物面的反射镜的焦线上，有两个同轴的圆筒组成，这两个圆筒以绝热的隙隔开，外面的玻璃管作为保护套，里面的钢管吸收太阳能，转化为熔盐的显热。接收管的关键选择性化合物涂层用来保证在高温下（550℃）其效率达到最大，由 ENEA 专门设计，已经发展成熟。涂层覆盖于钢管上，保证最地吸收太阳辐射以及热管中的红外线发射。根据发电设备的规模和储存能双罐（1-5）或斜温层（即由于流体分层，单罐高度方向的温度梯度）系统可于太阳能储热。如图 1-5 所示，熔融盐由热变冷释放出的显热为重整反应器外热源，增大了甲烷的转化率。对很多潜在的高空太阳辐射领域，这种太阳能收集系统很容易适应其特征，长时间的阴天之外（>3 天），都能够连续供热。研究进一步的改进以降低零本和材料改良而告终。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气蒸汽重整制氢WTT阶段能量消耗及排放分析[J]. 高有山,权龙,王爱红,杨敬. 机械工程学报. 2013(08)
[2]天然气水蒸汽转化制氢的Aspen plus模拟分析[J]. 姜薇,马瑞,赵峰,张桂林. 天然气化工（C1化学与化工）. 2013(01)
[3]天然气制氢工艺现状及发展[J]. 张云洁,李金英. 广州化工. 2012(13)
[4]熔融盐传热蓄热及其在太阳能热发电中的应用[J]. 吴玉庭,任楠,刘斌,马重芳. 新材料产业. 2012(07)
[5]天然气重整制氢新技术的研究进展[J]. 张二涛,解东来. 应用化工. 2012(06)
[6]天然气制氢反应器的研究进展[J]. 陈恒志,郭正奎. 化工进展. 2012(01)
[7]甲醇制氢研究进展[J]. 杜彬. 辽宁化工. 2011(12)
[8]非化石能源制氢技术综述[J]. 常乐. 能源研究与信息. 2011(03)
[9]圆管内熔融盐强迫对流换热的实验研究[J]. 刘斌,吴玉庭,马重芳,赵耀华. 工程热物理学报. 2010(10)
[10]甲醇精馏系统模拟与优化[J]. 常虹,王永胜,王东岩,张述伟. 计算机与应用化学. 2010(09)
硕士论文
[1]非均匀分布微通道载体甲醇重整制氢性能研究及结构优化[D]. 李金恒.华南理工大学 2010
[2]影响氢氧机转换效率关键技术的研究[D]. 吴伟宾.哈尔滨工业大学 2010
[3]一种钯膜组件透氢性能的实验研究[D]. 于金凤.华南理工大学 2010
本文编号：3033166
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