为解决催化重整制氢技术中受热力学平衡的限制,实际制氢过程远远达不到理论最大氢气产量和由于积碳生成阻碍了反应器的传热传质性能的问题。研究人员利用流化床反应器内的渗透膜将氢气从反应体系中分离,以直接获得高纯度氢气和提高氢气产量,从而提出了流化床膜反应器的概念。由于流化床中流速较高和催化剂颗粒的不断循环,流化床膜反应器内的钯膜壁面即便采取相应的应对措施也会产生问题,即催化剂颗粒在流化条件下会与钯膜表面剧烈碰撞和摩擦,使钯膜磨损无法正常地分离氢气。本文利用有限元分析法对颗粒撞击钯膜壁面进行仿真分析,构建氧化铝颗粒撞击钯膜壁面的数学模型,利用有限元软件模拟氧化铝颗粒撞击钯膜壁面的过程。分析软件的模拟结果,总结颗粒撞击钯膜壁面的磨损规律,并利用数据分析软件进行多元非线性回归分析,研究撞击速度、撞击角度与撞击磨损量之间的关系并建立颗粒撞击钯膜磨损的预测模型。然后利用离散元软件建立三维流化床膜反应器模型,流化床膜反应器内部加入催化剂颗粒进行模拟,得到其相应的流动特性,耦合颗粒冲击钯膜壁面磨损的预测模型计算其磨损量。结果表明,由于渗透性的影响,颗粒在壁面附近的浓度较高,中心附近的浓度较低,两者相差较大。在底部密相区的总磨损量最大,高于其他部位的磨损量。而随着高度的不断增加,磨损量呈现递减的趋势。同时对不同偏心距离下的流化床膜反应器的氢分离过程进行了研究,结果表明,偏心距的变化可以减弱浓差极化层的阻力,提高氢的分离程度,但偏心距过大的膜排列不利于浓差极化阻力的减小。最后通过对流化床膜反应器气体加热过程进行模拟,研究并分析加热过程中钯膜的透氢性对颗粒在流场中扩散特性和壁面磨损量的影响。结果表明,随着时间的增加,膜反应器的床层温度不断上升,导致钯膜对氢气的渗透性不断增强,进而导致氢气的分离程度呈现不均匀性,且这种不均匀性越来越显著。对比流化床膜反应器在加热条件下有无渗透性条件下各个高度的磨损量可以发现,无渗透性条件下的最大磨损量和累计磨损量较大。