催化燃燒技術(shù)是利用低濃度甲烷最有效的方法,借助于催化劑進(jìn)行無(wú)焰燃燒,與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比具有高熱量利用率、有效地減少有害氣體的排放以及較低的甲烷濃度。因此對(duì)甲烷催化燃燒反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行研究有利于提高能源的利用率和環(huán)境質(zhì)量。在利用整體式反應(yīng)器對(duì)甲烷實(shí)施催化燃燒過(guò)程中,反應(yīng)器內(nèi)部涉及到微觀、介觀與宏觀的相互作用,從而影響整體式反應(yīng)器的催化性能。為了能夠詳細(xì)了解反應(yīng)器內(nèi)各個(gè)尺度之間的關(guān)系以及作用規(guī)律,以便于有效地指導(dǎo)優(yōu)化反應(yīng)器和操作條件,本文建立了更全面地整體式全反應(yīng)器多尺度模型來(lái)探究甲烷催化燃燒反應(yīng)過(guò)程各個(gè)尺度之間的作用規(guī)律,同時(shí)優(yōu)化了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作條件。本文利用氣固相傳遞原理,建立了介觀尺度的單顆粒反應(yīng)-擴(kuò)散模型,模擬計(jì)算結(jié)果同經(jīng)驗(yàn)理論值對(duì)比結(jié)果證明了模型的有效性,并采用建立的單顆粒反應(yīng)-擴(kuò)散模型考察了催化劑顆粒內(nèi)內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示,催化劑顆粒內(nèi)存在明顯的內(nèi)擴(kuò)散阻力,甲烷在顆粒內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)明顯的內(nèi)擴(kuò)散控制過(guò)程；顆粒內(nèi)部的燃燒反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要時(shí)間僅為0.1 s,可以認(rèn)為反應(yīng)過(guò)程一直處于穩(wěn)態(tài)操作；外擴(kuò)散作用表現(xiàn)不明顯。模型考察了催化劑顆粒直徑、平均孔徑和空隙率對(duì)參數(shù)分布以及內(nèi)...

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 甲烷催化燃燒反應(yīng)
        1.2.1 甲烷催化燃燒反應(yīng)催化劑概述
        1.2.2 甲烷在Pd/γ-Al₂O₃催化燃燒反應(yīng)機(jī)理
        1.2.3 甲烷催化燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型
    1.3 整體式反應(yīng)器多尺度現(xiàn)狀
    1.4 多尺度模型
        1.4.1 介觀顆粒模型
            1.4.1.1 催化劑內(nèi)擴(kuò)散模型
            1.4.1.2 催化劑外擴(kuò)散模型
        1.4.2 多孔介質(zhì)模型
        1.4.3 整體式反應(yīng)器研究
    1.5 論文研究?jī)?nèi)容
第二章 甲烷催化燃燒過(guò)程的反應(yīng)-擴(kuò)散模型
    2.1 反應(yīng)-擴(kuò)散模型的建立
        2.1.1 甲烷催化燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型
        2.1.2 模型建立
    2.2 模型求解方法
    2.3 模擬結(jié)果與討論
        2.3.1 模型驗(yàn)證
        2.3.2 顆粒內(nèi)外擴(kuò)散現(xiàn)象
        2.3.3 反應(yīng)-擴(kuò)散模型的應(yīng)用
            2.3.3.1 催化劑顆粒直徑的影響
            2.3.3.2 催化劑孔徑的影響
            2.3.3.3 催化劑孔隙率的影響
    2.4 本章小結(jié)
第三章 單孔道模型
    3.1 單孔道模型描述
    3.2 二維數(shù)學(xué)模型
    3.3 模型求解參數(shù)和方法
    3.4 模型驗(yàn)證
    3.5 結(jié)果與討論
        3.5.1 催化劑孔密度影響
        3.5.2 催化劑孔壁厚度的影響
    3.6 本章小節(jié)
第四章 整體式反應(yīng)器多尺度模型
    4.1 整體式反應(yīng)器物理模型
    4.2 整體式反應(yīng)器多尺度模型
    4.3 模型求解的條件和方法
    4.4 模型的驗(yàn)證
        4.4.1 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證
        4.4.2 模型的有效性驗(yàn)證
    4.5 結(jié)果和討論
        4.5.1 反應(yīng)器內(nèi)參數(shù)分布
        4.5.2 反應(yīng)器內(nèi)的擴(kuò)散現(xiàn)象
            4.5.2.1 擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)器內(nèi)溫度分布的影響
            4.5.2.2 擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)器內(nèi)各組分分布的影響
        4.5.3 模型的應(yīng)用
            4.5.3.1 甲烷濃度的影響
            4.5.3.2 進(jìn)口流量的影響
            4.5.3.3 入口溫度的影響
    4.6 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
符號(hào)說(shuō)明
作者簡(jiǎn)介
研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄



本文編號(hào)：3774614