太阳能驱动甲烷干重整Ni泡沫反应器的设计与优化

• 作者: 秦宁 赵露露 穆泽垲 郑雪蓉
• 来源期刊: 低碳化学与化工
• 学科: 地球科学
• 关键词: 甲烷干重整 太阳能 泡沫反应器 计算流体力学 遗传算法
• 年，卷（期）: 2024,（5）
• 页码范围: 76-84
• 页数: 9页
• 语种: 中文

摘要

太阳能驱动甲烷干重整转化技术可将CO2和CH4协同转化为燃料，是实现太阳能储存和CO2减排的有效途径。多孔泡沫反应器因具有良好的热导率、较高的机械强度和气体渗透性，而成为太阳能驱动甲烷干重整转化技术规模化应用的研究热点。通过计算流体动力学模拟(CFD)研究了入口条件对反应器反应性能的影响。结果表明，入射总辐射量为130.8 W、入口流速为0.85 L/min时反应器反应性能最好，CH4、CO2转化率和光-燃料效率分别为79.73%、87.53%和37.03%。通过CFD耦合遗传算法(GA)对均匀多孔Ni泡沫反应器(简称“Ni泡沫反应器”)的孔结构与反应性能之间的关系进行了研究。结果表明，增大孔隙率可以在一定程度内提高Ni泡沫反应器的反应性能，而随着孔径的增大，反应性能先提高后降低，其中当孔隙率为0.93、孔径为1.72 mm时获得的Ni泡沫反应器(结构3)具有最优的反应性能，其CH4、CO2转化率和光-燃料效率分别为83.55%、89.53%和46.47%。之后提出两种双梯度渐变孔径Ni泡沫反应器的设计优化策略(分别为孔径轴向上由大变小、径向上由小变大渐变(结构1)和孔径轴向、径向上都由大到小渐变(结构2))。与结构3相比，结构1有助于辐射深入的同时保证中心区域温度更高，光-燃料效率为55.00%；结构2有助于太阳能的逐步吸收，进而提高温度均匀性，光-燃料效率为52.20%。