熔融盐作热载体太阳能甲烷蒸汽重整制氢过程的模拟研究

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1、熔融盐作热载体太阳能甲烷蒸汽重整制氢过程的模拟研究学位论文完成日期：2014．04．10指导教师签字：2捌答辩委员会成员签字：：军——————#—1f———一埠丝一象秘臻熔融盐作热载体太阳能甲烷蒸汽重整制氢过程的模拟研究捅要氢作为一种重要的能源载体和燃料，具有储量丰富、来源广、可再生、无污染等特点。现阶段发展最为成熟的工业化制氢工艺还是甲烷重整制氢T艺，但其反应条件较为苛刻，目前，对于提高氢气产率的过程优化是研究热点之一。甲烷重整需要大量的化石燃料供热，寻找适合的清洁外热源是甲烷重整制氢工艺的发展方向，因此，采用太阳能作为系统外热源这一工艺改进具有重要意义。本文应

2、用现代化工过程模拟软件AspenPlus，对甲烷蒸汽重整制氢过程进行必要的工艺简化，选择合适的单元操作模型和热力学方法，实现了制氢系统的模拟。研究了反应器中水碳比、操作温度、操作压力对氢气产率的影响规律。模拟结果表明，氢气产率随水碳比的增大而提高：压力较低时，重整反应器(R1)氢气产率与操作温度的关系曲线成指数函数形式，压力超过一定值，成二次函数形式；温度较低时，R1氢气产率与操作压力的关系曲线成指数函数形式，温度超过一定值，成二次函数形式，模拟结果符合甲烷重整反应及变换反应的反应规律。通过流程模拟分析，对整个工艺流程进行了优化，提出多反应器串联和单反应器回流两个

3、优化方案。模拟结果显示，两个优化方案均可提高甲烷转化率，降低操作温度。在制氢过程中，为了研究太阳能作外热源与传统的化石燃料作外热源的区别，首先模拟了外供热对甲烷重整制氢过程的影响。系统甲烷进料为3Kmol／h，当系统外供热量为0．25Gcal／h时，R1出口甲烷流率为0．002258Kmol／h，氢气总产量为9．495Kmol／h，甲烷转化率可达99．92％。结合对甲烷燃烧过程放热量的模拟，间接得到了太阳能供热量大小对制氢过程的影响，随着太阳能供热量占总外供热量比例的增大，甲烷转化率提高，二氧化碳的排放量减小。在本文模拟系统中，相比于传统的甲烷重整制氢过程，若太阳

4、能提供全部的外热源，甲烷转化率由71．76％增至99．92％，二氧化碳排放量由1．6798Kmol／h降至0．5023Kmol／h。根据工艺流程的模拟，对于更好的指导实际的工业生产，具有深远的研究意义，也可为制氢过程的节能和新工艺的开发提供理论依据。关键词：甲烷重整制氢AspenPlus流程模拟优化太阳能THESIMULATIONANDRESEARCH0NSOLARSTEAM0FMETHANEFORHYDROGENPRODUCTl0NUSINGM0【JENSAIJHEATCARRIERSABSTRACTHydrogenisanimportantenergycarr

5、ierandfuelwithexcellentpropertiessuchaSabundantreserves，widesources，renewable，pollution—freeetc．Nowsteammethanereforming(SMR)forhydrogenproductionprocessisthemostmatureinindustrialization，asitsrelativelyharshreactionconditions，atpresent，toimprovehydrogenyieldprocessoptimizationisoneof

6、thehottopics．SMRneedsanamountoffossilfuels，theresearchofsuitablecleanheatsourceshowsthedevelopingdirectionofMSRforhydrogen，SOitisimportanttoimprovethetechniquethatutilizesolarenergyasexternalheatsourceformethanesteamreforming．BysimplifyingSMRforhydrogenproductionprocessandselectingthe

7、appropriateunitoperationmodelandthermodynamicmethodintheprocesssimulationsoftwareAspenPlus，thesimulationofSMRforhydrogenproductionsystemwasaccomplishedinthiswork．Effectofthewater—carbonratio，operatingtemperature，operatingpressureinthereactoronhydrogenyieldWaSresearched．Theresultsofthe

8、simul