球形颗粒内三重周期极小曲面结构的甲烷水蒸气重整制氢反应性能研究

摘要

为优化颗粒堆积床内的催化剂几何结构并提升制氢效率，研究了三重周期极小曲面结构催化剂对甲烷水蒸气重整反应的影响。使用固体颗粒法数值模拟对比了三重周期极小曲面结构催化剂颗粒与传统通孔催化剂颗粒、球形催化剂颗粒的流动、换热、反应性能。以发生反应的催化剂颗粒为研究对象并结合传统热阻理论，提出了一种热阻评价方法，从热量传递与转化的角度探索反应器内制氢反应的性能。结果表明：所提热阻评价方法可以反映出制氢反应的性能规律；三重周期极小曲面结构球形催化剂，在流动性能上比普通球形结构降低了22.97%的流动能量损耗；在换热性能上具有最高的出口温度，比普通球形结构提高了4.48 K,减小了28.68%的对流换热热阻；在反应性能上具有最大的制氢速率，比普通球形结构提高了49.93%,减小了27.45%的化学反应热热阻；综合来看，降低了28.03%的综合热阻。研究结果说明了三重周期极小曲面结构在甲烷水蒸气重整反应中的高效性，并为颗粒堆积床内的性能比较提供了新的分析方法。

关键词

甲烷水蒸气重整 / 制氢 / 三重周期极小曲面 / 催化剂几何结构 / 热阻评价方法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52130609)