热泵中氨基甲酸铵分解反应特性及反应器结构优化

作者：刘炫麟; 王驿凯; 戴苏洲; 殷勇高^*

来源：化工进展, 2023, 42(09): 4522-4530.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1903

• 反应器
• 反应特性
• 数值模拟
• 优化设计
• 氨基甲酸铵
• 热泵

化学热泵可以高效地对低品位热进行提质，特别是在高温热泵方面比常规热泵系统更具独特的优势。氨基甲酸铵（AC）可以在20～100℃之间发生分解反应，且反应焓高达2010kJ/kg。本文对热泵工况下氨基甲酸铵/乙二醇溶液分解反应器进行了模拟，研究了热泵工况下不同反应条件（溶液浓度、溶液流速、热源温度）对分解过程的影响，并对AC分解反应器的管形和结构进行优化分析。结果表明热源温度越高，停留时间越长，平均转化率和反应速率越高，而溶液浓度对分解反应过程产生的影响不大。流速研究范围内平均转化率提高了5～11倍，反应速率提高了2～4倍，热源温度研究范围内平均转化率可提高2～4倍。基于参数影响规律，利用数值模拟和响应曲面分析优化了反应器的结构参数，如螺旋半径、螺旋管直径和螺旋圈数等。结构优化后，平均转化率提高至50.3%，最终获得了适用于热泵工况AC分解的反应器结构，为搭建基于氨基甲酸铵的热泵系统奠定了基础。

• 单位
  东南大学