甲烷-濕空氣低溫下自熱催化重整反應與積碳特性研究.pdf

1、近幾年發(fā)展起來的體積在1cm3量級上，能產(chǎn)生約10-100W功率的微型發(fā)動機已引起了世界各國的普遍關(guān)注。如何保證燃料在微型發(fā)動機中微細燃燒空間高效穩(wěn)定燃燒，已成為當前研究熱點。
　　 本文基于碳氫燃料催化重整燃燒技術(shù)改善微燃燒特征，采用數(shù)值方法研究較低溫度下微細槽道內(nèi)甲烷重整反應特性，重點研究入口氣體的組份、反應壁面熱流密度、壁面溫度和氣體的質(zhì)量流量等因素對微細反應器內(nèi)CH4/O2自熱重整反應、CH4/H2O重整反應和CH4/H

2、2O/CO2重整反應的影響，以及微型反應器內(nèi)甲烷自熱重整反應積碳特性。主要結(jié)論如下：
　　 在微反應器內(nèi)，CH4/O2質(zhì)量比增大，H2含量、CH4生成H2轉(zhuǎn)化率、CO含量、CH4生成CO轉(zhuǎn)化率先增大后減小，CH4轉(zhuǎn)化率增大，CH4生成H2O轉(zhuǎn)化率、CO2含量、CH4生成CO2轉(zhuǎn)化率先減小后增大。H2O含量增大，CH4/H2O重整反應產(chǎn)物CO含量先增大后降低。當水碳比高于2.5繼續(xù)增大水碳比對重整反應無明顯影響。CH4/H2O/C

3、O2重整反應中，增大CO2和H2O含量能夠加快重整反應的進行。壁面熱流密度的增大使CH4/O2自熱重整反應獲得更多的外部能量，使得重整反應可以加速進行，出口H2含量、CO含量增大，出口CH4含量、H2O含量、CO2含量降低。壁面溫度增加提高重整反應速率使反應快速進行。壁面溫度低，提高溫度對增加反應速度效果顯著；壁面溫度高于1300K，壁面溫度的提高對重整反應速度以無明顯影響。壁面溫度900K，CH4/CO2基元反應的產(chǎn)物主要是CO和H2

4、O；壁面溫度1200K，CH4/CO2基元反應的產(chǎn)物主要是CO和H2。微反應器內(nèi)氣體的停留時間與發(fā)生化學反應時間所需時間屬同一數(shù)量級，氣體質(zhì)量流量的大小決定氣體在微反應器內(nèi)的停留時間直接影響催化重整反應特性。質(zhì)量流量小，停留時間長，加強反應發(fā)生；質(zhì)量流量大，停留時間短，減弱反應發(fā)生。CH4/O2質(zhì)量比增大提高了氧化反應釋放的能量，熱流密度增大提高外界對系統(tǒng)供給的能量，氣體質(zhì)量流量減小增大反應時間，這些因素使CH4/O2自熱重整反應壁面積