熔融鹽作熱載體太陽能甲烷蒸汽重整制氫過程的模擬研究.pdf

1、氫作為一種重要的能源載體和燃料，具有儲(chǔ)量豐富、來源廣、可再生、無污染等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段發(fā)展最為成熟的工業(yè)化制氫工藝還是甲烷重整制氫工藝，但其反應(yīng)條件較為苛刻，目前，對(duì)于提高氫氣產(chǎn)率的過程優(yōu)化是研究熱點(diǎn)之一。甲烷重整需要大量的化石燃料供熱，尋找適合的清潔外熱源是甲烷重整制氫工藝的發(fā)展方向，因此，采用太陽能作為系統(tǒng)外熱源這一工藝改進(jìn)具有重要意義。
　　本文應(yīng)用現(xiàn)代化工過程模擬軟件AspenPlus，對(duì)甲烷蒸汽重整制氫過程進(jìn)行必要的工藝簡(jiǎn)化

2、，選擇合適的單元操作模型和熱力學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了制氫系統(tǒng)的模擬。研究了反應(yīng)器中水碳比、操作溫度、操作壓力對(duì)氫氣產(chǎn)率的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明，氫氣產(chǎn)率隨水碳比的增大而提高;壓力較低時(shí)，重整反應(yīng)器(R1)氫氣產(chǎn)率與操作溫度的關(guān)系曲線成指數(shù)函數(shù)形式，壓力超過一定值，成二次函數(shù)形式;溫度較低時(shí)，R1氫氣產(chǎn)率與操作壓力的關(guān)系曲線成指數(shù)函數(shù)形式，溫度超過一定值，成二次函數(shù)形式，模擬結(jié)果符合甲烷重整反應(yīng)及變換反應(yīng)的反應(yīng)規(guī)律。通過流程模擬分析，對(duì)整個(gè)工藝流

3、程進(jìn)行了優(yōu)化，提出多反應(yīng)器串聯(lián)和單反應(yīng)器回流兩個(gè)優(yōu)化方案。模擬結(jié)果顯示，兩個(gè)優(yōu)化方案均可提高甲烷轉(zhuǎn)化率，降低操作溫度。
　　在制氫過程中，為了研究太陽能作外熱源與傳統(tǒng)的化石燃料作外熱源的區(qū)別，首先模擬了外供熱對(duì)甲烷重整制氫過程的影響。系統(tǒng)甲烷進(jìn)料為3Kmol/h，當(dāng)系統(tǒng)外供熱量為0.25Gcal/h時(shí)，R1出口甲烷流率為0.002258Kmol/h，氫氣總產(chǎn)量為9.495Kmol/h，甲烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.92％。結(jié)合對(duì)甲烷燃燒過程

4、放熱量的模擬，間接得到了太陽能供熱量大小對(duì)制氫過程的影響，隨著太陽能供熱量占總外供熱量比例的增大，甲烷轉(zhuǎn)化率提高，二氧化碳的排放量減小。在本文模擬系統(tǒng)中，相比于傳統(tǒng)的甲烷重整制氫過程，若太陽能提供全部的外熱源，甲烷轉(zhuǎn)化率由71.76％增至99.92％，二氧化碳排放量由1.6798Kmol/h降至0.5023Kmol/h。根據(jù)工藝流程的模擬，對(duì)于更好的指導(dǎo)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)，具有深遠(yuǎn)的研究意義，也可為制氫過程的節(jié)能和新工藝的開發(fā)提供理論依據(jù)。