甲烷-濕空氣低溫下自熱催化重整反應(yīng)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(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)。
　　 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/H

2、2O/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/C

3、O2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H2

4、O；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