管狀鈀膜反應器中的脫氫反應與氫氣分離

鄔田華　　　　　　　　　　　　　　　          伊藤直次

(華中理工大學動力工程系, 武漢 430074) 　　 (物質工學工業技術研究所, 日本)

　　討論了鈀膜反應器的實驗裝置及環己烷的脫氫反應實驗方法。對環己烷的脫氫反應及氫氣

通過鈀膜的滲透建立了擴散模型, 使用狀態2變量法求解偏微分方程組, 得出反應物和生成物的

組分濃度分布, 進而求出反應轉化率。同實驗結果對比表明, 擴散模型能較好地計算脫氫反應及

氫氣的分離過程。

關鍵詞: 鈀膜　脫氫反應　膜反應器 鈀管,氫氣純化器,氫氣分離膜

管狀鈀膜反應器是近幾年發展起來的新技術, 由于氫氣的分離可以很容易地通過鈀膜實現,因而這種反應器可以大大地增加催化脫氫或氫化反應的速度。文獻 [1 ] 曾對這種膜反應器進行了研究。以脫氫反應為例, 反應側生成的氫氣通過鈀膜分離以后, 氫氣的濃度就會降低, 平衡受到破壞, 反應將朝著有利于脫氫的方向加速。文獻[2 ]用理想模型分析了反應器中的過程,即假設反應側同一截面上各組分的濃度不隨位置變化。當分離側掃氣的流量不大時, 分析結果和實驗基本是一致的。在分離側掃氣流量較大的情況下, 文獻 [3 ] 又用擴散模型對氫氣的分離過程進行描述, 對偏微分方程直接用差分方法進行求解。這種方法對分離過程的計算比較有效。當考慮反應器中的脫氫反應過程時, 由于偏微分方程的數目大大增加, 用直接差分方法求解就非常復雜。本文采用偏微分方程的狀態2變量法[ 4 ], 把偏微分方程組轉換成常微分方程組進行求解, 從而避開了直接差分法的困難。通過求解, 得出各反應物和生成物的組分濃度分布, 進而求出反應轉化率, 并和實驗結果進行了對比。