强放热强吸热耦合催化反应工艺的数值模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文强放热/强吸热耦合催化反应工艺的数值模拟姓名：赵俊东申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：刘辉20060606托寮化工丈学硕士学位潦文强放热／强吸热耦会催化爱应工艺的数值模拟摘要结构化催化剂是～种规整结构的催化剂，因其具有几何比表灏积大、转递性煞好、基降低鹣特点覆在螺境污染控铡领域应用广泛。利用维构纯催化瘌的突出优点，并采用高热导性金属綦体，将其应用于强吸热与强放热反应豹藕合中，可以减小反戏器鲍体积，改善热量传遴性能，大大提高工艺及装置的集成度，相关研究对于这种新溅催化剂

2、的翻各以及反威器应用具有学术和实用意义。本文曾先提出了一种通过翻入高热导惶的多孔介餍泼善强藏热气．鑫催化反应传质性能的新型金属基结构化催化反应器新恩路，并选择了甲烷健豫燃烧反应体系通过诗算流钵力学(cF羚)模撂验涯其霹行惶；蒸子模拟结果分析了浓度、温度、流速分布的基本特征，流体_釉多孔层表飚之间数及多我层内郝薛楱矮特征及遂闲参数对蒋矮缝戆酶影睫。研究表稠，该设计可以减4,#1-部膜传质阻力，并且，由予多孔介质层中粘性流的作用改善了多孔阉俸溪性屡审豹砖矮特技，提嘉催他翔有效嚣子。零烷戆遴邈浓度以及混含

3、气进口温度和速度对催化剂内、外传质影响檄小。其次，建立了糕合吸激热反应的医管姣轴对称二维反应器模跫，以甲烷催化燃烧反应和甲烷二氧他碳重整反戚为目标体系，通过有限体积法_狃S吼E算法求解模型，得到了反应器内发生化学反成时的温度、浓度、速度分布及传热和健簇特性。基予模拟结聚讨论了反魔器设计参数～妇径i!蔓些三查兰堡圭鲎堡堡苎向距离、导热系数及燃烧侧进口参数、重整侧甲烷、二氧化碳进口摩尔比一对反应器性能的影响。结果表明：反应器径向距离是影响反应器性能的关键因素，径向距离大将导致组分及热量的传递不良，从而降

4、低反应器性能，此时提高管壁导热性能对反应性能没有改善；燃烧侧操作参数对反应器影响较小。最后，在耦合吸／放热反应的圆管式反应器内管管壁两侧加入多孔介质层，建立轴对称二维反应器模型，考察了多孔固体层参数对反应器性能的影响。结果表明，当反应器径向距离较大，加入多孔介质层较厚时，重整侧甲烷转化率较低，减小径向距离和多孔层厚度可以显著提高转化率，但仍低于同条件下未加入多霪冀蓁鬟羹冀霪，霎

5、囊薹；羹囊妻嘉夔曩；妻冀羹霎篓羹j羹

6、蚕篓囊雾囊冀；墓霎霎霎j囊鋈雾羹薹霎羹ii北京化工大学硕士学位论文utilizing

7、theCFDmethodwiththecatalyticcombustionofmethaneasamodelreaction．Parametricalstudiesshowthatthepresentdesignyieldsanenhancedmasstransferbetweenthebulkfluidandthecatalystlayerduetoadecreaseinextemalfilmresistance，andanenhancedmasstransferwithinthesolidph

8、asemainlyduetotheviscousfloweffectwithintheporouscatalystlayer．Secondly,atwo-dimensionalaxisymmetricmodelofcatalytictubereactorcouplingendo／exothermalreactionsisdevelopedwiththecarbondioxidereformingofmethaneandcatalyticcombustionofmethaneasthemodelrea

9、ctions，respectively．Modelequationsaresolvedbyusingthemethodsasmentionedabove．Distributionsofvelocity,temperatureandconcentrationareobtained，andtherebymassandheattransferpropertiesandreactorperformancesarestudied．Theeffectsofdesignandoperationparameters

10、onthereactorperformancearediscussedbasedonthesimulationresults．Itisfoundthattheradialdistanceofthereactorplaysanimportantroleonreactorperformances．Ashortradialdistanceisneededtoensurethatthereactorcanbeoperatedwithhi曲conversionbecauseth