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，具有儲量豐富、來源廣、可再生、無污染等特點?，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，但其反應條件較為苛刻，目前，對于提高氫氣產(chǎn)率的過程優(yōu)化是研究熱點之一。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具有重要意義。
　　本文應用現(xiàn)代化工過程模擬軟件AspenPlus，對甲烷蒸汽重整制氫過程進行必要的工藝簡化

2、，選擇合適的單元操作模型和熱力學方法，實現(xiàn)了制氫系統(tǒng)的模擬。研究了反應器中水碳比、操作溫度、操作壓力對氫氣產(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，重整反應器(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，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及變換反應的反應規(guī)律。通過流程模擬分析，對整個工藝流

3、程進行了優(yōu)化，提出多反應器串聯(lián)和單反應器回流兩個優(yōu)化方案。模擬結(jié)果顯示，兩個優(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甲烷重整制氫過程的影響。系統(tǒng)甲烷進料為3Kmol/h，當系統(tǒng)外供熱量為0.25Gcal/h時，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99.92％。結(jié)合對甲烷燃燒過程

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，對于更好的指導實際的工業(yè)生產(chǎn)，具有深遠的研究意義，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)。