液态金属催化裂解甲烷制氢动力学研究

摘要

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型，在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液界面发生的催化热解、气泡内部发生的非催化热解过程和气泡上升过程中的流动行为，耦合了催化和非催化反应动力学和流体力学所建立的.使用气体体积流速、压力、气体成分、温度和液态金属性质（密度、黏度和表面张力）预测气泡尺寸和熔体中的气含率.该模型较好地预测了液态铜铋合金（Cu_(0.45)Bi_(0.55)）催化甲烷热解实验中不同温度、不同甲烷进气流量和液态金属高度下的甲烷转化率，得到了催化甲烷热解过程中的气含率、表观气体速率和压力沿液态金属高度的分布.实验数据与模型预测结果的高度吻合证明了模型的可靠性，该模型未来将有助于反应器优化和氢产率提高.

关键词

液态金属 / 反应动力学 / 流体力学 / 催化甲烷热解