天然氣是一種潔凈能源,有利于環(huán)境保護和國民經(jīng)濟的司可持續(xù)發(fā)展,天然氣水合物在儲運天然氣方面,相對于液化天然氣和管道運輸方面,也具有較大的優(yōu)勢和較好的研究前景。而天然氣水合物儲運天然氣的核心問題為天然氣水合物的制備,為此開展天然氣水合物制備過程中多相流傳遞研究,主要工作如下： 1、多次實驗表明：水合物形成為一結(jié)晶過程,操作線均在過冷區(qū)域進行,方能平穩(wěn)、持續(xù)結(jié)晶；但過冷不能太大,否則,系統(tǒng)單位時間內(nèi)生成晶體量過多,會堵塞系統(tǒng)或固結(jié)在管壁上而改變傳熱情況,反而會欲速則不達,故載冷劑溫度不能太低。根據(jù)一般結(jié)晶規(guī)律,制冷劑溫度以低于相平衡溫度5℃左右比較適宜。 2、針對水合物制備過程中可能出現(xiàn)的氣、水—固接觸表面,分析了不同接觸表面下的傳熱情況,表明天然氣水合物生成過程中在不同的換熱面?zhèn)鳠嵝Ч兄@著不同的效果。當(dāng)換熱面為水—金屬換熱表面,在試驗條件下,管內(nèi)換熱是主要的換熱阻力部分；在反應(yīng)管內(nèi)表面結(jié)一層薄冰的情況下,傳熱系數(shù)變化不大,但當(dāng)冰層較厚時,傳熱情況就會迅速惡化；管壁上附著一層天然氣水合物膜時換熱情況與冰層相似：當(dāng)管壁上的冰層或者天然氣水合物層中存在天然氣膜或者氣泡時,傳熱情況迅速惡化,難以有效生成水合物。 3、對不同換熱表面的分析表明：維持有效的換熱是天然氣水合物制備的核心問題。應(yīng)保持反應(yīng)管內(nèi)表面上反應(yīng)物不斷更新,及時地移除反應(yīng)熱量,才能使反應(yīng)連續(xù)、高效地進行,換熱表面的流動狀況直接影響著天然氣水合物制備過程的程度。 4、對反應(yīng)單元采用Ansys中的單元Flotran CFD進行了模擬,表明氣液兩相在內(nèi)壁光滑的管內(nèi)分布與實驗相似,即：氣體在管內(nèi)壁附著,這種情況不利于反應(yīng)的高速、連續(xù)進行。應(yīng)改善管子內(nèi)壁面結(jié)構(gòu),使氣體盡量少出現(xiàn)或者不出現(xiàn)在管壁附近。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：P744.4
【部分圖文】：

2.2.2天然氣水合物制備過程傳熱分析如前所述，系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)能夠提供足夠的冷量以便在反應(yīng)過程中快速地移除反應(yīng)熱，確保反應(yīng)器內(nèi)維持在合適的生成天然氣水合物的壓力、溫度狀態(tài)。但從圖2一3的實驗結(jié)果來看，在控制穩(wěn)定壓力下，反應(yīng)器內(nèi)的溫度在反應(yīng)開始后迅速上升并偏離了設(shè)定溫度，導(dǎo)致天然氣水合物難以生成。顯然，制冷機組的換熱能力并未得到充分利用。由此，反應(yīng)過程中的傳熱問題就成為有效制備天然氣水合物的關(guān)鍵問題。根據(jù)傳熱分析，要解決反應(yīng)器內(nèi)的傳熱問題，最主要的就應(yīng)在反應(yīng)管的管程和殼程的傳熱問題上。為此，木章將討論反應(yīng)過程中管程和殼程的傳熱分析。計算管程和殼程的換熱系數(shù)如下。根據(jù)換熱過程特點，先計算得到流動R。數(shù)，再根據(jù)式N。一0.023R。。SPr

(w·m一2·k一， )10352951126.8991212.776一 293.9411371.137由以卜公式計算得出管程內(nèi)換熱系數(shù)h.。管程、殼程換熱系數(shù)與體積流量的關(guān)系如圖2一5所示。一.一ho一.一hi_一尹尸./././\. 000600400800200000800600400200︵︵�！�·三︶\沐︶彰睽城簇體積流量時句圖2一5換熱系數(shù)隨體積流量的關(guān)系Fig.2一 5Relationshipbetweenheattransfereoefficientsandvolumeflowrates2.2.2.1換熱面結(jié)構(gòu)根據(jù)實驗過程的傳熱情況分析，在天然氣水合物制備過程中，反應(yīng)管內(nèi)可能存在如下類型的接觸面:l)水一金屬表面，2)冰一金屬表面，3)天然氣水合物一金屬表面，4)天然氣膜一金屬表面。由于這四種傳遞界面的結(jié)構(gòu)和特性差異顯著，為此，下文將對它們的傳熱和傳質(zhì)過程子以分析。

2.2.3管內(nèi)傳熱過程分析根據(jù)以上分析表明，在實驗裝置生成天然氣水合物時，反應(yīng)管內(nèi)壁的傳熱面一可能有四種換熱接觸面，如圖2一4所示，下面將這四種換熱接觸面一一分析。2.2:31接觸面為水一金屬面此時根據(jù)前節(jié)計算得到的管程與殼程的換熱系數(shù)圖2一5可以得出:a、管程為4m伽時1_三蘭上蘭三ht， 936.5143二 0.257782 T=(15.79x0.255782一15)/(l+0.7897x0.257782)=一9.08oCh_一一二一一_上十豆十上 =186.99h兄 h241.42 +1.379xlo“十衛(wèi)止936.51b、管程為sms/h時魚_338.02— =0.360937936.5143 T=(15.79X0.360937一 15)/(l+0.7897x0.360937)=一7.24℃h二一一衛(wèi)一一生十三十生=240.15h又h衛(wèi)‘十 1.379、一。一4十衛(wèi)一 338.02936.51顯然，管內(nèi)傳熱是反應(yīng)器整體換熱阻力最大的部分。如何促進管內(nèi)傳熱是最主要要解決的換熱問題。2.2:3接觸面為冰一金屬面在通氣后體系內(nèi)開始反應(yīng)后可能出現(xiàn)這種情形，如圖2一4(b)。若管壁上結(jié)一層冰，換熱情形將出現(xiàn)很大變化。以一根與反應(yīng)管相同的鋼管泡在冷劑箱里，結(jié)果如下。在一7℃內(nèi)滿管水浸泡實驗表明:管內(nèi)水初始溫度為20℃時，浸泡!分鐘
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 徐新亞;劉道平;黃文件;潘云仙;;氣-液界面處水合物膜形成過程的傳熱分析[J];上海理工大學(xué)學(xué)報;2005年06期

2 鐘棟梁;劉道平;鄔志敏;張亮;劉妮;謝應(yīng)明;;懸垂水滴表面天然氣水合物的傳熱生長模型[J];上海理工大學(xué)學(xué)報;2009年03期

3 馬昌峰,陳光進,郭天民;水中懸浮氣泡法研究水合物生長動力學(xué)[J];中國科學(xué)(B輯 化學(xué));2002年01期

4 吳玉國;陳樹軍;付越;陳保東;;天然氣水合物生成及分解設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)計[J];石油機械;2007年12期

5 張文玲,李海國,王勝杰,劉芙蓉;水合物儲運天然氣技術(shù)的研究進展[J];天然氣工業(yè);2000年03期

6 劉道平,周文鑄,黃文件,宋玫峰;天然氣水合物制備過程強化方式的探討[J];天然氣工業(yè);2004年05期

7 付越;陳樹軍;陳保東;鄧子龍;;天然氣水合物生成及分解的工藝流程設(shè)計[J];天然氣工業(yè);2006年03期

8 王衛(wèi)強;吳明;王勇;吳玉國;王東冬;;天然氣水合物的制備和存儲[J];油氣儲運;2007年01期

9 許維秀;李其京;王秀林;陳光進;;天然氣的非管輸儲運技術(shù)與展望[J];油氣儲運;2007年02期

本文編號：2858873