热化学硫碘制氢系统中硫酸分解反应器的换热性能

硫酸分解反应器作为热化学硫碘制氢系统中的重要设备,其换热需要匹配系统的产氢量换热需求。为研究硫酸分解反应器不同结构对换热的影响,使反应器的换热满足系统需求,同时满足制造工艺的限制。通过试验对硫酸分解反应进行反应动力学参数标定并建立反应动力学模型,用gPROMS软件对反应器进行仿真,得到反应器内的压力、温度、流量和各组分浓度等参数。结果表明:反应器总长度不变,调整预热段和反应段长度比或提高填充颗粒热导率无法提升总转化率。反应器增加预热段长度可显著增加总转化率,关键原因是预热段长度决定了反应器内温度能否达到SO3分解反应所需最佳温度850℃。减小反应器直径并不能增加总转化率,虽然反应器的直径减小有利于传热,但由于整体入口流量不变,流体流速显著提高,减少了反应物的停留时间,同时还会显著增加反应器流阻。采用套筒环腔内、外加热结构作为反应器预热段可有效提高总转化率。采用内外同时加热时,增加了换热面积,有利于缩短预热段长度,预热段长度仅需900 mm左右反应器出口温度即可达到850℃,得到了符合要求的反应器结构设计。

高温氦气加热的硫酸分解反应器性能分析

基于高温气冷堆的热化学硫碘循环制氢是一种具有广阔应用前景的大规模制氢技术,如何对高温氦气流加热条件下的硫酸分解反应器进行热设计与优化是亟待解决的技术问题之一。为此,利用有限时间热力学理论建立了高温氦气加热的管式活塞流硫酸分解反应器模型,分析了反应器热源流动布置方式、结构参数、操作参数对反应器总熵产生率、SO2产率和SO3转化率的影响。结果表明:在相同的热源和反应物进口参数条件下,逆流式反应器相比顺流式反应器SO2产率更高、总熵产生率更低;在所研究的参数变化区间内,增加反应器转化管管径和管长,总熵产生率降低,SO2产率和SO3转化率增大。该研究结果对于实际硫酸分解反应器的最优设计与运行具有一定的理论指导意义。