甲烷/濕空氣低溫下自熱催化重整反應(yīng)與積碳特性研究

【摘要】： 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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中微細(xì)燃燒空間高效穩(wěn)定燃燒,已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。于此,本文基于碳?xì)淙剂洗呋卣紵夹g(shù)改善微燃燒特征,采用數(shù)值方法研究較低溫度下微細(xì)槽道內(nèi)甲烷重整反應(yīng)特性,重點(diǎn)研究入口氣體的組份、反應(yīng)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(xì)反應(yīng)器內(nèi)CH4/O2自熱重整反應(yīng)、CH4/H2O重整反應(yīng)和CH4/H2O/CO2重整反應(yīng)的影響,以及微型反應(yīng)器內(nèi)甲烷自熱重整反應(yīng)積碳特性。主要結(jié)論如下: 在微反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物CO含量先增大后降低。當(dāng)水碳比高于2.5繼續(xù)增大水碳比對重整反應(yīng)無明顯影響。CH4/H2O/CO2重整反應(yīng)中,增大CO2和H2O含量能夠加快重整反應(yīng)的進(jìn)行。 壁面熱流密度的增大使CH4/O2自熱重整反應(yīng)獲得更多的外部能量,使得重整反應(yīng)可以加速進(jìn)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(yīng)速率使反應(yīng)快速進(jìn)行。壁面溫度低,提高溫度對增加反應(yīng)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(yīng)速度以無明顯影響。壁面溫度900K,CH4/CO2基元反應(yīng)的產(chǎn)物主要是CO和H2O;壁面溫度1200K,CH4/CO2基元反應(yīng)的產(chǎn)物主要是CO和H2。 微反應(yīng)器內(nèi)氣體的停留時(shí)間與發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)間所需時(shí)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(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間直接影響催化重整反應(yīng)特性。質(zhì)量流量小,停留時(shí)間長,加強(qiáng)反應(yīng)發(fā)生;質(zhì)量流量大,停留時(shí)間短,減弱反應(yīng)發(fā)生。 CH4/O2質(zhì)量比增大提高了氧化反應(yīng)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(yīng)時(shí)間,這些因素使CH4/O2自熱重整反應(yīng)壁面積碳量有較大增長。在本文所選邊界條件,CH4/O2自熱重整反應(yīng)的積碳量較小,積碳量的數(shù)量級僅為10-8mol/m2,積碳不明顯。 【關(guān)鍵詞】：微型燃燒器 甲烷 自熱催化重整 積碳 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：O643.32
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 主要符號(hào)表8-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 CH_4 自熱重整反應(yīng)產(chǎn)氫特性研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 CH_4 重整反應(yīng)積碳特性研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 小結(jié)18
• 1.3 本文研究內(nèi)容18-20
• 2 物理模型和數(shù)學(xué)模型20-24
• 2.1 物理模型20-22
• 2.1.1 微細(xì)直管反應(yīng)器模型20
• 2.1.2 微細(xì)旋流腔反應(yīng)器模型20-22
• 2.2 數(shù)學(xué)控制方程22-24
• 3 催化反應(yīng)機(jī)理及邊界條件24-31
• 3.1 催化重整反應(yīng)機(jī)理24-29
• 3.1.1 CH_4/H_2O 催化重整反應(yīng)機(jī)理25-26
• 3.1.2 甲烷自熱催化重整反應(yīng)26-29
• 3.2 邊界條件29-31
• 4 微細(xì)直管反應(yīng)器甲烷自熱重整反應(yīng)及積碳特性31-75
• 4.1 微細(xì)直管反應(yīng)器甲烷自熱重整反應(yīng)特性31-68
• 4.1.1 氣體組份對反應(yīng)的影響31-43
• 4.1.2 壁面熱流密度影響43-55
• 4.1.3 質(zhì)量流量影響55-67
• 4.1.4 小結(jié)67-68
• 4.2 直管反應(yīng)器積碳特性數(shù)值模擬結(jié)果與討論68-75
• 4.2.1 氣體組份對反應(yīng)的影響69-70
• 4.2.2 壁面熱流密度影響70-72
• 4.2.3 質(zhì)量流量影響72-74
• 4.2.4 小結(jié)74-75
• 5 微旋流槽反應(yīng)器數(shù)值模擬及結(jié)果分析75-102
• 5.1 CH_4/H_2O 催化重整反應(yīng)特性研究75-86
• 5.1.1 氣體組份對反應(yīng)的影響75-78
• 5.1.2 質(zhì)量流量對反應(yīng)的影響78-81
• 5.1.3 壁面溫度對反應(yīng)的影響81-86
• 5.1.4 小結(jié)86
• 5.2 CH_4/H_2O/CO_2 催化重整反應(yīng)特性研究86-102
• 5.2.1 不同的氣體成分86-94
• 5.2.2 不同的壁面溫度94-98
• 5.2.3 甲烷的質(zhì)量流量98-100
• 5.2.4 小結(jié)100-102
• 6 結(jié)論102-104
• 致謝104-105
• 參考文獻(xiàn)105-110
• 附錄110

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