蒸汽改革者通常用于电力和能源生产过程。为了准确分析蒸汽改革器设计的性能，您需要能够将质量，能量和流动方程式配一点。使用ComsolMultiphysics®软件，您可以建立代表其现实世界行为和操作条件的Steam Reformer的模型。
通过蒸汽重整生产氢
天然气改革周围产生美国产生的氢的95％。该生产的一部分是由于蒸汽改革，这是一个吸热过程，它通过使改革者处于高温并用甲烷或丙烷等燃料反应蒸汽来创造氢。
蒸汽改革有多种应用。例如，蒸汽改革单元通常用于燃料电池发电机中，以为燃料电池堆栈提供氢，这些燃料由许多单个细胞组成。
氢燃料电池发电机的一个例子。图片由拉尔斯·普鲁曼（Lars Plougmann） - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 2.0， 通过Flickr Creative Commons。
让我们分析用于为固定燃料电池单元生产氢气的蒸汽改革器设计。
用化学反应工程模块对蒸汽改革器进行建模
蒸汽改革器模型几何形状由绝缘夹克，多孔催化床和加热管组成。在这些部分中，加热管提供了系统吸热反应所需的能量，而改革化学发生在催化床中。
在模拟开始时，将丙烷和蒸汽在化学计量量混合后通过进口进入。同时，燃烧器的热气体通过反应堆床中的加热管进入，并朝相反的方向移动。当水和丙烷在改革剂中彼此反应时，它们会形成二氧化碳和所需的氢。
有关该教程如何解决流体流，能量传输和大众传输的详细信息，请查看在这里模型文档。
使用对称性减少建模域（右）时，全蒸汽改革器（左）和几何形状的模型几何形状（左）。
通过使用化学反应工程模块中的预定义界面，我们可以轻松地描述本分析中的质量，能量和动量方程。
通过在ComsolMultiphysics®软件的5.3A版本中介绍的热力学属性数据库可以使设置模型的过程更有效。使用热力学属性数据库的该模型的更新将很快可用。（在此了解更多有关热力学属性数据库的博客文章）
分析蒸汽改革过程
首先，我们检查反应堆床中各种物种的重量分数。下面左侧的图像显示，丙烷的重量分数为0.28，在进口时降至几乎0。通过检查通过改革者的中心（下图）检查一个横截面，我们还可以可视化丙烷在整个床中的浓度分布。由于温度是局部反应性的主要确定剂，因此我们得出结论，在此示例中，管道提供的热量有效地使用了整个催化床。
通过查看催化床中每个反应物种的重量分数（下图右图），我们可以确认床的整个长度都在积极转化丙烷。
丙烷在改革床（左）和通过改革床中部（中间）的横截面中的质量分数分布。所有反应物种的质量分数都是反应器位置的函数，并沿反应器中心线（右）进行评估。
接下来，我们仔细研究改革者的温度。当整个系统查看系统时，我们看到气体在900 K处进入加热管，并在674 K左右离开管子。与此同时，改革仪床内的气温开始于700 K，并降至最低温度在再次上升并以795 K的平均温度退出床之前。
下面的右图显示了吸热改革反应如何导致温度最初降低。然后，当较低的温度和丙烷量导致反应速率降低时，加热管提供的能量决定了温度的演变。结果，温度再次升高。
床，加热管和绝缘壁之间的温度分布和能量交换（左）。右图像显示了改革床的温度是位置的函数，并沿着中心线进行了评估。
继续速度，让我们分析加热和反应气体。对于加热气体，流量为层流，我们可以清楚地观察到抛物线速度分布。另一方面，多孔床中的反应气体的速度显着增加，以至于其出口处的速度约为入口处的两倍。这种增加的速度是由化学反应和温度升高的气体膨胀引起的。
速度场图，描绘了管中的加热气体和床中的反应气体。
床内的相关密度变化（占温度和成分）表明，密度通过改革器降低。
改革床中的气体密度。
本教程的目的是证明，通过将质量，能量和流动方程耦合在comsol多物理学中，您可以成功地对蒸汽改革仪进行建模。要自己尝试此示例，请单击下面的按钮。
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