吸附强化甲烷重整制氢中的几种吸附剂的比较分析
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摘要：本文采用有限元的模拟方法研究了几种常用的CO2吸附剂，比较四种CO2吸收剂的特点可以为实际应用提供参考依据，也为后续吸收剂的改性指出了方向。
化石燃料燃烧所引发的CO2温室效应越来越引起人们的重视，氢由于其零污染、高能量密度的特性成为替代能源的首选。CO2吸附强化甲烷重整技术的中心思想是利用CO2吸附脱除打破化学平衡的原理，使反应过程与分离过程结合起来，这样催化剂上生成的CO2能够迅速脱除，从而打破化学平衡，使反应向着H2合成的方向反应。
一、吸附强化反应的数学模型
吸附强化甲烷重整过程中主要发生以下反应
二、温度对吸附剂的影响
影响吸收剂在甲烷重整制氢效率的主要因素有： CO2吸附速率吸附容量、CO2吸附饱和速率、CO2吸附容量。四种吸收剂的最大吸附容量计算显示，CaO的最大吸附容量最大，高于其他三种吸收剂。当反应体系产生越多的CO2，CO2吸收速率越大，则反应物向H2的转化率越高，这与前述的结论一致。
三、压力对吸附剂的影响
综上所述，对比分析反应温度和反应压力对甲烷重整制氢的影响，得出： （1） 为了得到高的H2产出，Li4SiO4吸附剂更适合在较低反应温度、较低反应压力体系下运行；CaO吸附剂更适合在较高反应温度体系下运行。此时条件下两种吸附剂的CO2吸收速率快，能够迅速从反应系统吸附大量生成的CO2，使整个反应向有利于H2生成的方向进行；（2） Li2ZrO3吸附剂更适合在较高反应压力体系下运行，在高的反应压力下，有利于反应逆方向，但是高的压力能够提高吸附剂CO2吸收速率，特别是对Li2ZrO3吸附剂，与CO2生成速率相匹配，但还是压力不能过高，否则会促进反应的逆方向，不利于甲烷的转化；（3） HTC吸附剂吸收速率很快，但是易饱和、重生能耗较低，这可以通过增加循环次数来得到稳定的富氢气体。HTC和Li2ZrO3吸附剂对于直接想获得高压压缩的H2情况比较有利，同时便于运输。
参考文献
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