可居住密闭空间CO2加氢制甲醇系统的火用效率提升

在可居住受限空间（HCS）中，二氧化碳加氢制甲醇（CDHM）系统必须以高能效运行，以减少不必要的外部能量输入和内部能量损失。本文采用（火用）分析方法来描述能源利用质量，以提高（火用）效率。建立了CDHM系统各部件的能量分析和火用分析模型。由于CDHM系统中的能量转换过程受到三个反应参数（压力、温度和空速）的显著影响，对CDHM系统的火用性能进行了参数研究，以期在有限的外部能量输入约束下，找到每次气体消除消耗低外部能量的有利工作参数。该模型的计算过程在MATLAB中进行，其中三个反应参数范围为5～8mpa，483.15～543.15k，2800～4000h−分别为1。此外，模型中反应管单元的长度选择为反应管长度的0.001倍，以减少模型计算结果的不确定性。根据计算结果，主要结论总结如下。压力升高将使氢和二氧化碳的消除、总输入功率、冷能耗和火用破坏分别增加13.3%、14.42%、4.33%和14.34%；因此，每摩尔合成甲醇的总输入功率和（火用）破坏量分别增加1.03%和0.92%，每摩尔合成甲醇的总冷能耗下降7.88%，最终导致（火用）效率从71.91%降低0.06%至71.85%。当反应温度升高时，氢气和二氧化碳的消除、总输入功率、冷能耗和火用破坏分别增加19.58%、11.99%、4.75%和18.19%，而总输入功率、冷能耗、，每摩尔合成甲醇的火用破坏率分别降低了6.36%、12.4%和1.17%，火用效率从71.65%提高到72.11%，提高了0.46%。提高空速将使氢气和二氧化碳的消除、总输入功率、冷能耗和火用破坏分别增加30.58%、35.75%、39.9%和30.38%，从而使每摩尔合成甲醇的总输入功率和冷能耗分别增加3.96%和7.14%，每摩尔合成甲醇的火用破坏降低0.15%；因此，火用效率从72.09%降低到71.82%，降低了0.27%。相对较低的压力、高温和较低的空速是实现高火用效率的最佳条件。此外，通过减少甲醇合成反应器、加热器和热交换器热端的三个最大火用破坏，也可以显著提高火用效率，因为三个最大火用破坏的总和占CDHM系统火用破坏总量的90%以上。

END