二氧化碳催化加氢合成燃料的微通道反应器研究进展

二氧化碳催化加氢合成燃料的微通道反应器研究进展

二氧化碳催化加氢合成燃料是一种经济可行、可大规模实施的CO2利用技术，能够解决环境和资源短缺的问题。本文介绍了一种用于二氧化碳催化加氢合成碳氢燃料的微通道反应器，通过热力学计算、催化剂制备、反应器设计、结构优化和性能测试等步骤，成功开发出具有高效率和稳定性的反应器系统。

研究背景与目的

近年来，随着全球气候变化和能源危机的加剧，二氧化碳（CO2）催化加氢合成燃料作为一种经济可行且可大规模实施的CO2利用技术，受到了国内外的广泛关注。这种技术不仅能够有效减少温室气体排放，还能缓解化石燃料短缺的问题。因此，研究开发一种高效的二氧化碳催化加氢合成碳氢燃料的微通道反应器具有重要意义。

研究方法

研究团队采用了一套系统的设计思路，包括热力学计算、催化剂制备、反应器设计、结构优化和性能测试。具体步骤如下：

1. 热力学计算：通过热力学分析，确定CO2催化加氢反应的可行性及产物分布。
2. 催化剂制备：开发了6种铁基催化剂，以提高碳氢燃料合成的反应速率。
3. 反应器设计：基于流体数值模拟，设计并优化微通道反应器的结构。
4. 结构优化：通过数值模拟优化反应器的传热传质性能。
5. 性能测试：对反应器进行实验测试，评估其实际性能。

研究结果

1. 热力学分析：热力学理论分析表明，CO2催化加氢可以形成碳氢燃料。
2. 催化剂性能：开发的6种铁基催化剂中，Zn-Fe催化剂表现出最佳的CO2催化加氢合成低碳烯烃性能，CO2转化率和低碳烯烃选择性分别为32%和44%。
3. 反应器设计：设计的微通道反应器具有结构简单紧凑、传热传质能力强等优点，实验结果验证了其优异的性能。

结论与展望

研究团队成功设计了一种用于CO2催化加氢合成碳氢燃料的微通道反应器，该反应器具有结构简单紧凑、传热传质能力强等优点。实验结果表明，Zn-Fe催化剂在CO2催化加氢合成低碳烯烃方面表现出最佳性能。这一研究成果对我国应对气候变化、实现双碳目标以及碳氢燃料产业发展具有重要参考价值。

图表说明

以下是研究过程中涉及的关键图表：

图 1 热力学计算结果

图 2 反应器内质量流量分布云图

图 3 反应器内温度分布云图

图 4 反应单元设计

图 5 反应器设计

图 6 反应器设计

图 7 微通道反应器内流速和压力分布云图

图 8 不同Fe基催化剂的CO2催化加氢反应性能