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催化剂颗粒形状对甲烷水蒸气重整反应的影响及工业反应器模拟
  • ISSN号:0438-1157
  • 期刊名称:《化工学报》
  • 时间:0
  • 分类:TQ032[化学工程] TQ116.25[化学工程—无机化工]
  • 作者机构:华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(21276076); 教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-13-0801); 中央高校基本科研业务费(222201313011)~~
中文摘要:

甲烷水蒸气重整工艺是现阶段最主要的工业制氢技术,催化剂颗粒形状和反应器操作条件是影响重整反应器性能和产物组成的重要因素。首先从颗粒尺度研究催化剂形状对甲烷水蒸气重整反应的影响,在不同的反应温度和压力下,计算并比较了球形、柱形和环形催化剂的效率因子,其大小顺序为:柱形〈球形〈环形。其次,将反应器床层的质量、热量和动量传递与环形催化剂颗粒的扩散-反应方程相结合,建立了用于描述甲烷水蒸气重整工业反应器的一维轴向数学模型。计算并分析了反应器进口温度和压力对反应器床层的温度和压力分布、催化剂效率因子以及甲烷转化率和各组分浓度分布的影响,确定了适宜的工业反应器进口温度和压力,分别为773 K和3 MPa。

英文摘要:

Methane steam reforming(MSR) is the most widely used technology for hydrogen production in industry now, where the shape of catalyst particles and the reactor operating conditions greatly influence the reactor performance and the product composition. Firstly, the present study investigated the effect of catalyst shape(sphere, cylinder and ring) on the MSR using a diffusion-reaction model on the particle scale. The effectiveness factors of shaped catalysts followed the sequence: cylinder sphere ring. Next, a one-dimensional mathematical model was developed by taking into account the mass, heat and momentum transfer on the reactor scale together with the diffusion-reaction equations on the catalyst scale, and used to describe an industrial MSR reactor. The effects of inlet temperature and pressure on the profiles of temperature and pressure inside the reactor, effectiveness factor, conversion of methane as well as concentration of various species were studied. Finally, the optimal inlet temperature and pressure for the industrial reactor were determined, being 773 K and 3 MPa, respectively.

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期刊信息
  • 《化工学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国化工学会 化学工业出版社
  • 主编:李静海
  • 地址:北京市东城区青年湖南街13号
  • 邮编:100011
  • 邮箱:hgxb126@126.com
  • 电话:010-64519485
  • 国际标准刊号:ISSN:0438-1157
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1946/TQ
  • 邮发代号:2-370
  • 获奖情况:
  • 中国科协优秀期刊二等奖,化工部科技进步二等奖,北京全优期刊奖,中国期刊方阵“双效”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:35185