基于高温热管的甲烷重整制氢反应器研制

发布时间：2023-05-30 20:31

　　氢能是一种能量密度高、无污染的清洁二次能源,氢气的需求量随着人们环保意识的提高而日益增长,分布式制氢方式目前是一种很有前景的供氢技术方案,但其制氢反应器均不同程度上存在受热不均匀、热效率低等问题。本文研制一款基于高温热管的甲烷重整制氢反应器,通过热管传热能力强、均温性好的特性改进反应器的性能。研究的目标是为聚光太阳能化学链重整制氢系统用高效反应器研制提供设计方案和基础参数。反应器内主要有高温热管和石英盘管两个关键部件。高温热管采用金属Na作为填充工质并对其基本参数进行设计和校核,石英盘管内放置Ni-Al₂O₃催化剂并通入反应气体,反应段可接收来自高温热管的辐射热量。反应器设计阶段首先通过模拟计算获得其内部加热及热分布,然后利用制氢实验对反应器制氢效果进行验证和研究。本文采用FLUENT商业软件对反应器内催化剂段进行模拟仿真,模型采用恒温边界条件并将催化剂床层作为多孔介质区域处理,计算过程中同时考虑辐射换热和化学反应的吸热,反应速率通过平行反应模型及阿伦尼乌斯方程给出。模拟结果表明产物中氢气的体积百分数随着管内轴向距离的变长而不断增加,在壁温为...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 研究背景
    1.1 氢与氢能利用
    1.2 制氢方法介绍
        1.2.1 烃类重整反应制氢
        1.2.2 煤炭制氢
        1.2.3 甲醇制氢
        1.2.4 电解水制氢
        1.2.5 生物质制氢
    1.3 太阳能制氢技术发展现状
        1.3.1 太阳能制氢技术介绍
        1.3.2 太阳能制氢技术发展现状
        1.3.3 制氢反应器发展现状
    1.4 热管工作原理与特性
    1.5 本文研究内容
2 高温热管反应器设计
    2.1 基于高温热管的反应器结构设计
    2.2 反应器用高温热管设计及性能测试
    2.3 反应器隔热设计与计算
3 制氢反应器运行过程模拟
    3.1 动力学模型构建
    3.2 物理模型构建
        3.2.1 模型设计与简化
        3.2.2 网格化与边界条件设置
    3.3 仿真软件求解
        3.3.1 FLUENT模型设置
        3.3.2 控制方程建立
        3.3.3 求解参数设置
    3.4 仿真结果与分析
4 制氢反应器性能测试
    4.1 测试前准备
        4.1.1 装置与参数测量
        4.1.2 催化剂制备
    4.2 测试过程
        4.2.1 准备阶段
        4.2.2 测试流程
    4.3 测试结果及分析
5 结论及创新点
    5.1 结论
    5.2 创新点与展望
参考文献
致谢



本文编号：3824986