洁净煤技术

作者：林振利, 解勤勤, 谢楠楠, 翁俊旗, 杨道明, 束忠明, 叶光华, 周兴贵

关键词：二氧化碳加氢,甲醇,颗粒分辨计算流体力学,工业催化剂,固定床反应器

二氧化碳加氢合成甲醇是一种有效的减碳技术，其关键在于开发高性能甲醇合成工业催化剂。基于颗粒分辨计算流体力学，建立了CO2加氢合成甲醇体系从工业催化剂颗粒到固定床反应器的双尺度模型，并利用该模型研究工业催化剂颗粒结构与操作条件对甲醇合成反应的影响。首先，通过对比试验测得催化剂床层压降，验证了颗粒分辨计算流体力学模型的准确性，其中通过模拟计算得到的压降与试验值相差小于10%。接着，研究了催化剂颗粒的孔径、孔隙率以及粒径对甲醇合成反应的影响，发现当催化剂颗粒孔径为50 nm、孔隙率为0.4时，二氧化碳具有较高转化率的同时，还拥有较高的甲醇选择性，当粒径为8 mm时，在保持高二氧化碳转化率与甲醇选择性时，还能降低床层压降。最后，考察了流速、压力、温度与二氧化碳浓度对反应的影响，发现流速的提高不仅会快速降低二氧化碳转化率，还会增加床层压降；压力的增加使得反应器内的反应物浓度提高，这有利于二氧化碳转化率与甲醇选择性的提高；对于入口温度在515 K附近时，拥有较高的二氧化碳转化率与甲醇选择性，若低于515 K，则反应受到动力学限制不利于二氧化碳转化率提高，若高于515 K则甲醇合成反应受到热力学限制的影响，二氧化碳转化率略微下降；二氧化碳入口浓度的提高则会降低二氧化碳转化率与甲醇选择性。研究结果可以为甲醇合成反应中催化剂结构与操作条件的优化提供一定的理论指导。

来源：2025年第6期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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