碘硫循环制氢中硫酸分解的全过程模拟方法

碘硫循环制氢是高温气冷堆的工艺热利用的重要途径，可实现大规模、近零碳排放制氢，契合中国的双碳战略目标。碘硫循环工艺中的硫酸分解环节涉及复杂的物理化学过程，且需要在高温和腐蚀环境下进行，保障该环节的分解效率对提高工艺整体制氢效率十分关键，因此建立硫酸分解全过程的耦合计算模型对研究硫酸分解率具有重要意义。本文建立了硫酸相变与两步分解反应的耦合模型，采用数值计算的方法对碘硫循环制氢中硫酸分解的全过程进行模拟，并重点分析了刺刀管式换热器内的催化剂颗粒尺寸对分解率的影响。结果表明，刺刀管式换热器内部的催化反应区域温度满足硫酸核心反应需求，内外管的明显温差促进了热量回收。硫酸相变过程虽较为短暂，但可以强化局部换热，此外两相段长度随流量增大而增大。硫酸的第1步分解与相变几乎同步进行，反应较为彻底，转化率较高。硫酸的第2步分解贯穿催化反应区域全程，该区域前半段的转化率较高。研究结果还表明，催化剂颗粒比表面积较大时，硫酸的综合分解率明显提升，最高可达85%左右。