流化床膜反应器甘油强化重整的数值模拟

发布时间：2021-07-23 01:08

　　为实现生物柴油副产物甘油在制氢行业的发展,以流化床甘油重整制氢为研究对象,基于双流体模型和颗粒动力学理论,结合甘油重整反应动力学模型,并嵌入二氧化碳吸附动力学模型和氢气膜分离模型来描述两种强化重整方法的作用.对流化床反应器生物甘油强化重整制氢过程开展了数值模拟,对反应器内颗粒浓度、组分浓度、温度进行预测,探究重整过程中气固两相流动与反应特性,分析氢气膜分离和二氧化碳吸附两种强化重整方法的相互作用规律,评价操作参数对重整性能的影响.结果表明:二氧化碳吸附可以抑制浓度极化阻力,提高氢气渗透速率;吸附剂与催化剂比例为1∶1时,与没有吸附剂相比,氢气相对产量提高了5%;氢气分离膜厚的减少会进一步提高二氧化碳吸附速率,当膜厚从300μm减少到30μm时,吸附速率提高1.4%;催化-吸附双功能颗粒的使用可以加强二氧化碳的吸附水平,同时促进氢气分离过程,相较于无吸附强化,氢气渗透量提高了近20%. 

【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2020,52(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

流化床膜反应器的结构示意

图2 实验与模拟数据对比由图4可知,中心区域比墙壁附近的空隙率波动更加剧烈. 这是由于致密区域的形成增加了墙壁附近气泡运动的阻力,使气泡运动主要集中在床层中间区域,从而导致了明显的空隙率振荡. 与无二氧化碳吸附相比,二氧化碳吸附进一步增强了墙壁附近的空隙率波动程度. 尤其是采用双功能吸附剂时,二氧化碳吸附的作用效果更加明显. 这是由于二氧化碳吸附强化了催化重整反应,导致流化床气体量增大,同时扩大了致密区域的范围,导致更多的气泡沿着流化床中间区域上升. 此外,二氧化碳的吸附也增大了墙壁附近的空隙率波动程度. 这是由于重叠的催化剂和吸附剂局部高浓度区域形成导致了墙壁附近的气体产物也有所增加,从而加剧了墙壁附近的空隙率波动.

由图4可知,中心区域比墙壁附近的空隙率波动更加剧烈. 这是由于致密区域的形成增加了墙壁附近气泡运动的阻力,使气泡运动主要集中在床层中间区域,从而导致了明显的空隙率振荡. 与无二氧化碳吸附相比,二氧化碳吸附进一步增强了墙壁附近的空隙率波动程度. 尤其是采用双功能吸附剂时,二氧化碳吸附的作用效果更加明显. 这是由于二氧化碳吸附强化了催化重整反应,导致流化床气体量增大,同时扩大了致密区域的范围,导致更多的气泡沿着流化床中间区域上升. 此外,二氧化碳的吸附也增大了墙壁附近的空隙率波动程度. 这是由于重叠的催化剂和吸附剂局部高浓度区域形成导致了墙壁附近的气体产物也有所增加,从而加剧了墙壁附近的空隙率波动.有、无二氧化碳吸附条件下,催化剂和吸附剂颗粒时均体积分数分布如图5所示. 氢气分离导致流化床膜周围形成催化剂和吸附剂(或惰性颗粒)的局部高浓度区. 一方面由于墙壁处颗粒易受到摩擦;另一方面,此区氢气分离作用引起颗粒流化速度降低,两者共同导致墙壁处局部颗粒高浓度区. 另外,二氧化碳吸附也明显导致该区域范围扩大,进一步验证了吸附对氢气分离的强化作用. 虽然致密化区的形成不利于流化床床层和渗透膜间传质,且减小了气固相接触和气体停留时间,不利于流化床膜反应器性能. 但此重叠高浓度区域内催化剂和吸附剂高度集中,促进催化剂和吸附剂间传质,一定程度上有利于吸附强化催化重整反应.

【参考文献】：
期刊论文
[1]生物甘油水蒸气重整制氢强化过程的参数评估[J]. 王帅,王琦,宋晓皎,王宏瑞,桂逸尘.  哈尔滨工业大学学报. 2018(01)



本文编号：3298277