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多孔介质燃烧器内硫化氢超绝热部分氧化分解制氢的研究

王子兴  
【摘要】:在能源日益紧张,环境污染日趋严重的今天,要求我们充分利用能源,采用洁净高效的燃烧技术。近年来,多孔介质燃烧作为一种新型的燃烧方式,由于具有超绝热燃烧温度、污染物排放浓度低、辐射能力强和燃烧稳定等特性,同时兼有燃烧器体积小、结构紧凑、负荷调节范围广等优点,得到了很快的发展。本文试图利用多孔介质燃烧技术,充分利用废气硫化氢,从中获得氢气和单质硫,改变传统克劳斯工艺(Claus process)只能获得单质硫的现状。主要内容如下: 首先对多孔介质燃烧技术的研究现状进行了分析,对多孔介质燃烧技术的提出,达到超绝热燃烧的原理,分类,以及应用等做了较为详细地阐述。 其次对硫化氢的热裂解进行了化学模拟和实验研究。首先对硫化氢热裂解的原理、分类等做了介绍,接着利用化学热力学平衡软件FACTSAGE进行了热力学模拟,主要分析了温度、压力、硫化氢初始浓度等参数对平衡组成的影响;最后利用石英管反应器对硫化氢的裂解进行了实验研究,主要研究了停留时间、裂解温度对硫化氢裂解转化率的影响,结果表明硫化氢的热分解率依赖于裂解温度,高温下能获得较好的分解制氢效果;温度较低时,时间是裂解趋于平衡的主要影响因素,随着温度的提高,温度成为影响裂解趋于平衡的主要影响因素。 接着利用FACTSAGE和化学动力学软件CHEMKIN对硫化氢在超绝热情况下部分氧化分解制氢进行了数值模拟研究。首先利用FACTSAGE分析了在给定的反应温度(超过绝热燃烧温度)下,化学当量比、硫化氢初始浓度和氧化剂含氧量等初始参数,对硫化氢超绝热部分氧化分解产物的平衡组成的影响;接着利用多孔介质燃烧器模型,结合CFD和CHEMKIN对多孔介质内硫化氢超绝热部分氧化分解制氢进行了数值模拟研究,与前人的实验数据相比较,发现有较好的模拟效果。最后利用CHEMKIN对过量硫化氢和空气反应分解制氢进行了动力学研究,发现氢气产量并不是随着化学当量比的增大而增大,而是存在一个最佳化学当量比使得氢气产量最大。 最后,利用多孔介质燃烧实验台,对多孔介质燃烧器的燃烧特性进行了实验研究。分析了硫化氢在富燃和贫燃两种情况下,多孔介质燃烧器的温度场分布情况,并对火焰面的传播速度进行了分析计算比较。 本文的工作受到国家自然科学基金项目(编号20307007)的资助。


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