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低温余热品位提升及能量储存技术研究进展
发稿时间:2014-01-03         作者:文/蔡军 许闽          来源:分布式供能与可再生能源实验室     【字号:

  2013年度,“低温余热品位提升及能量储存”项目研究团队围绕化学热泵系统及其循环构建的核心科学问题,开展了系统深入的理论和实验研究,取得了一系列重要进展。 

  一、 放热反应器内高温丙酮加氢反应机理及动力学研究 

  采用密度泛函理论计算揭示了反应路径和主要副产物的产生机理,指出了丙酮的烯醇异构是副产物产生的源头(图1)。设计搭建了丙酮加氢放热反应实验平台(图2),实验考察了不同操作条件对反应转化率和选择性的影响规律,首次分析得到了反应机理步骤及动力学方程。综合理论和实验研究表明,铂铜合金催化剂可以有效减少丙酮高温加氢反应副产物的生成。本工作为后续放热反应器及化学热泵系统的实验和理论研究奠定了基础。 

 

  图1 金属催化剂表面丙酮分解的反应路径 

 2 丙酮加氢放热反应实验平台 

  二、异丙醇液相脱氢反应精馏实验研究 

  设计搭建了异丙醇液相脱氢反应精馏实验平台(图3),实验证明了反应精馏可以大大提高异丙醇脱氢反应转化率,并深入研究了各操作参数对反应精馏系统分离效率和异丙醇脱氢转化率的影响。从系统层面对包含反应精馏过程的化学热泵系统进行了热力学分析和计算,证实了反应精馏可以有效提高化学热泵系统热效率,深入剖析了反应精馏强化化学热泵性能的原因,通过对运行参数进行了优化,揭示了各部件运行参数对化学热泵系统整体性能的影响规律。本工作为系统实验设计奠定了理论基础。 

 图3 异丙醇液相脱氢实验平台 

   

  三、 放热反应器内热质传递过程对反应转化率和选择性的影响研究 

  从部件层面,采用计算流体力学方法研究了放热反应器内颗粒填充的空隙体积内热质传递对反应转化率和选择性。分析了颗粒直径和导热系数等参数对气固两相温度场的影响,结果表明气固两相间的传热对反应转化率和选择性影响较小,而反应器内轴相温差较大,对反应转化率和选择性影响较大。同时,研究了颗粒内扩散对反应选择性的影响,分析了颗粒直径、颗粒内孔径分布和孔隙率等参数的影响,并对催化剂颗粒参数进行了优化。本工作为放热反应器及化学热泵系统的搭建提供了重要支撑。 

   

 
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