异形催化剂床层中Sabatier反应的微-介尺度模拟

摘要

采用离散元方法(DEM)建立随机堆积球形、柱形催化剂床层,计算流体力学(CFD)方法模拟Sabatier反应床层介尺度和催化剂微尺度的温度和物质浓度分布,并探讨了催化剂形状、壁温和入口条件对反应特征的影响.结果表明:床层中会出现球形热点区,并随反应进行向出口移动,催化剂外层反应物浓度比内层高且呈环状分布.柱形催化剂单颗粒中心CO2转化率较球形高,但棱角和床层壁面会出现低转化率区,床层流体会出现回流、滞留和沟流现象,最终导致CO2转化率为球形>柱形(径高比=1.3)>柱形(径高比=1).球形催化剂床层中,时间t=200s时,CO2转化率达到峰值26％,若此时将壁温降低50K,时间t=500s时,较降温前CO2转化率增大2％、热点温度降低10K;增加惰性球层、减小入口流速和温度,能提高催化剂内CO2转化率.