二甲醚水蒸气重整反应器的工艺参数分析

王庆武，李 聪

(上海工程技术大学车辆工程系，上海 201620 )

二甲醚(DME)水蒸气重整制氢为两步连续反应[1-2]：首先，二甲醚在酸性催化剂的作用下水解成甲醇；然后，甲醇在金属基催化剂作用下重整生成富氢气体。二甲醚水解生成甲醇的反应受热力学平衡控制，若水解生成的甲醇马上进行水蒸气重整反应，则能减少生成物的体积分数，使反应向正向进行，加快二甲醚水解的速度，提高二甲醚的转化率。

二甲醚水蒸气重整反应的关键是催化剂的选择和使用，开发高效、高稳定性的重整催化剂是目前研究的重点[3]。方奕文等[4]研究了分子筛催化剂的类型、硅铝比和Cu、Pd改性与否对二甲醚低温水解活性的影响，发现酸性MCM-22和HZSM-5分子筛催化剂的二甲醚水解活性较高，且活性随着分子筛硅铝比的增加而降低。T.A.Semelsberger等[5]研究了多种固体酸，如Y型分子筛、ZSM-5[m(Si)/m(Al)=2.5]分子筛、ZSM-5[(m(Si)/m(Al)=15.0]分子筛、ZrO2、γ-Al2O3和非酸性固体Si等，在二甲醚水解过程中的催化活性。二甲醚水解甲醇的活性随硅铝比和催化剂类型的变化趋势为：ZSM-5[m(Si)/m(Al)=15.0]，ZSM-5[m(Si)/m(Al)=25.0]，ZSM-5[m(Si)/m(Al)=40.0]>ZSM-5[m(Si)/m(Al)=140.0]，Y[m(Si)/m(Al)=15.0]>Y[m(Si)/m(Al)=2.5]>γ-Al2O3/ZrO2。

目前，国内针对二甲醚重整制氢的研究不多。为此，本文作者设计一种含瓦片式加热通道的二甲醚重整制氢反应器，对反应过程进行数值模拟和实验验证，研究分析不同条件下反应器的性能，为反应器的优化设计提供理论依据。

1 数学模型

1.1 反应器模型

设计的二甲醚重整反应器由催化床、绝缘套组成，二甲醚和水蒸气混合气体进入反应器，反应气体流过反应器的入口，在催化床中发生化学反应。反应器……