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在能源日益短缺的今天,氢气作为一种高效清洁的能源被广泛利用。然而自然界不存在单质形态的氢气,这就需要靠制氢反应器设备进行氢气的制取。 热管是一种具有高导热性能的传热元件,它依靠自身内部液体工质的相变传输热量而无需外加动力,具有传热效率高、等温性能好、热流密度可以自动调节、热流方向具有可逆性、结构可以按需要灵活布置及高可靠性等特点。本文将热管技术应用到吸热反应的甲醇制氢固定床反应器中,旨在消除常规式列管甲醇制氢反应器存在的温度分布不够均匀、易出现“冷点”等弊端,提高反应器的转化率和生产能力。针对甲醇水蒸汽重整反应的特点,合理的设计了热管式甲醇制氢反应器系统。 甲醇水蒸汽制氢反应为吸热反应,影响反应顺利进行的因素众多,包括温度、压力、甲醇水蒸气比等。在Peppley提出的甲醇水蒸汽反应模型基础上,通过对化学反应平衡常数的计算可知,影响反应顺利进行的最主要因素为温度。 本文利用Fluent软件对反应器进行了模拟研究。选择标准k-ε湍流模型,分别对径向进口和切向进口两种形式的流场进行分析,并以标准方差STDEV函数作为评价指标,得出选择双切向进口管和气体分布板相结合的进口结构形式,能够使气体均匀的进入反应器。 根据固定床反应器内部的流动特性,通过对甲醇水蒸气反应机理的深入研究,选择在催化剂Cu/ZnO/Al2O3上所得到的动力学方程参数。对反应器进行合理的简化,建立准确的物理模型。采用通用有限化学反应速率模型,将催化剂简化为多孔介质模型,并采用Fluent软件中的自定义函数,对反应器床层温度分布进行数值模拟研究。 通过对反应器床层温度分布的模拟结果分析,可知热管式甲醇制氢反应器的床层径向温差均在10℃范围内,这对反应的正常进行非常有利,能够得到很好的甲醇转化率。并通过改变气体进口的温度,分析了不同的进口温度对反应器的影响。 通过对热管式化学反应器的模拟研究,显示了热管应用在甲醇制氢反应器上的优越性。