甲烷自热重整制氢的热力学和动力学分析.pdf

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1、第39卷第8期燃料化学学报Vo1．39No．82011年8月JournalofFuelChemistryandTechnologyAug．2011文章编号：0253-2409(2011)08-0633-08甲烷自热重整制氢的热力学和动力学分析陈玉民，赵永椿，张军营，郑楚光(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉430074)摘要：对甲烷自热重整进行了系统的热力学分析，并采用预混合层流模型结合甲烷氧化、蒸汽重整、干重整机理对反应过程进行了动力学分析。结果表明，甲烷自热重整的平衡产物及其浓度主要受温度、O／CH4、HO／CH的影响；压力影响不是十分明显，主要影响达到

2、平衡的速度。在715℃～730℃、压力0．7MPa～1．0]VIPa，控制O2／CH4在0．60—0．70、H2O／CH4在3．15—3．25，可以得到H>68％、CO<10％的产物气，积炭率接近于0。动力学分析表明，自热重整过程分为两个主要阶段进行，在起始阶段主要发生甲烷氧化反应，产物主要为H：o和CO：；第二阶段以甲烷蒸汽重整反应为主，伴随水气变换反应(WGS)和微弱的干重整，H：CO和CO为主要产物。调节初始水浓度可以控制快速氧化阶段反应速率，避免“热点”出现，抑制CO的生成。关键词：自热重整；甲烷；热力学；层流预混合；动力学中图分类号：0643文献标识码：A

3、ThermodynamicandkineticanalysesforhydrogenproductionviamethaneautothermalreformingCHENYu-ruing，ZHAOYong—chun，ZHANGJun—ying，ZHENGChu-guang(StateKeyLabofCoalCombustion，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Asystemicthermodynamicanalysiswasconductedfortheauto

4、thermalreformingofnaturalgastoproducehydrogen．Akineticmodelingwasmadefortheautothermalreformingbyemployingthepre—mixedlaminarmodelincludedinCHEMlNpackagethatincorporatesthemechanismsofCHdoxidation。steamreforminganddryreforming：kineticparametersformethanereformingoverNi．basedcatalyst，wi

5、delyusedinthenaturalgasreformingindustry．wereadopted．Theresultsshowthattheequilibriumcompositionofoutflowgasesisdependedonthereactiontemperature，theair．fuelratioandwater—fuelratio．Thepressurehasalimitedimpactontheproductdistributionbuthasaremarkableimpactonthetimeneededtoreachtheequili

6、brium．Under715℃～730℃，0．7MPa～1．0a，O，／CHof0．60—0．70，andH，0／CHof3．15～3．25，thefractionofH，intheproductishigherthan68％．whileCOdoesnotexceed10％(drybasis)andthecarbondepositioniscloseto0．Thekineticanalysissuggeststwodistinctstagesduringtheautothermalreformingprocess．Theinitialstageisarapidoxi

7、dationzone．whereH。OandCO，arethemainproducts．Thesecondstageisaslowconversionzone，wheremethanesteamreformingreactionaswellaswatergasshiftreactionandslightdryreformingtakeplace，wimH，。COandCO，beingthemainproducts．AddingH，Ointhefeedgasisavisiblemeasureforavoidinghotspotinthereactorandcont