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天然气制氢是目前较成熟也较经济的一种制氢技术,作者利用多孔介质良好的传热和蓄热特性,设计出内置多孔介质的Swiss-roll反应器(简称卷式反应器)用于天然气制氢。
为了解甲烷在内置多孔介质卷式反应器内的富燃氧化特性,本文采用计算流体力学与详细化学反应机理相结合的方法,对甲烷在该反应器内的部分氧化重整过程进行了数值模拟研究。通过UDF(用户自定义)方法与基于多孔介质内气固相间的局部热平衡假设,分别建立了双温模型和单温模型,研究了当量比、进气流量以及体积对流换热系数对反应器内温度分布、合成气组分和甲烷转化效率的影响,并和试验结果进行了对比。
研究结果表明,甲烷在内置多孔介质卷式反应器内部分氧化重整时的温度远超过其绝热火焰温度,实现了高温富燃氧化条件下的制氢;在本文研究范围内,氢气摩尔分数和甲烷-氢气转化效率随当量比和进气流量的增大而增大;单温模型的模拟结果与试验值基本吻合;证明了采用计算流体力学与详细化学反应机理相结合的数值模拟方法可以准确地描述甲烷富燃氧化重整制氢过程。