应用于等离子体排灰气处理的甲烷水汽重整反应的热力学分析.pdf

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1、第47卷第12期原子能科学技术Vo1．47。NO．122013年12月AtomicEnergyScienceandTechnologyDec．2013应用于等离子体排灰气处理的甲烷水汽重整反应的热力学分析熊亮萍，胡胜，侯京伟，任兴碧，翁葵平，罗阳明(中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900)摘要：Tokarnak装置中的等离子体反应一段时间后，需对产生的排灰气进行净化处理，以回收其中的氘氚。目前拟采用甲烷水汽重整反应将化合态的氘氚转化为单质并回收。本文运用Gibbs自由能最小化方法，对应用于等离子体排灰气处理的水汽重整反应进行热力学分析，考查反应温度、原料比例、反应压力、O、

2、CO。、H。、CO等因素对反应平衡的影响，确定了适宜的反应条件，即反应温度范围650～700℃，压力1×10Pa，水碳比1．5～2．0。此外，原料气中0或COz的存在有利于减少积碳的生成量，并获得较高的氢同位素平衡转化率；H的存在对重整反应的热力学平衡无明显影响；CO的存在会使积碳量增加，对反应产生不利影响，在进入重整反应器前应将其去除。关键词：甲烷水汽重整；热力学平衡；Gibbs自由能最小化；等离子体排灰气处理中图分类号：0642．4文献标志码：A文章编号：1000—6931(2013)12-2186—09doi：10．7538／yzk．2013．47．12．2186Thermodynami

3、cAnalysisofSteamMethaneReformingReactionAppliedinTokamakExhaustProcessingXIONGLiang—ping，HUSheng，HOUJing—wei，RENXing—bi，WENGKui—ping，LUOYang—ming(InstituteofNuclearPhysicsandChemistry，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)Abstract：InTokamakexhaustprocessingsystem，steammethanereformin

4、greactionisexpectedtoconvertdeuteriumandtritiuminthegaseouscompoundstoelementarygas，thenthedeuteriumandtritiumcanbereclaimed．ThemethodofGibbsfreeenergyminimizationwasemployedtoanalyzethethermodynamicbalanceofsteammethanereformingreaction．Theeffectofmanyfactors，suchasreactiontemperature，reactantsrati

5、o，pressure，O2，CO2，H2andCO，wasinvestigated．Theappropriatereactionconditionisasfollows：Thetemperatureisbetween650℃and700℃，thepressureis1×10Pa，andtheratioofwatertomethaneis1．5-2．0．Moreover，thepresenceofO2orCO，inreactantsiSfavorabletolessentheyieldofsolidcarbonandincreasethe收稿日期：2O12一O9—25；修回日期：201211-2

6、9基金项目：ITER国内配套项目资助(2011GB111002)；国防科工局“z箍缩驱动的聚变裂变混合堆”专项资助作者简介：熊亮萍(1981⋯)，女，湖北随州人，助理研究员，硕士，核燃料循环与材料专业第12期熊亮萍等：应用于等离子体排灰气处理的甲烷水汽重整反应的热力学分析2187conversionrateofhydrogenisotope．ThepresenceofH2doesnotaffectthethermodynamicbalanceobviously，whileCOincreasessolidcarbonyield，whichisadisadvantagetothereaction，

7、SOitneedstobewipedoffbeforereaction．Keywords：steammethanereforming；thermodynamicbalance；Gibbsfreeenergymini—mization；Tokamakexhaustprocessing为有效利用资源、降低环境污染，探索满并简化处理工艺。目前水汽重整反应在工业制足安全性、经济性、可持续发展要求的新能取合