發(fā)布時間：2020-05-05 17:40

【摘要】：結(jié)合我國煤炭豐富,石油貧乏,天然氣少的現(xiàn)狀,煤炭資源清潔轉(zhuǎn)化策略把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,并且符合可持續(xù)發(fā)展政策。在煤制天然氣過程中,甲烷化反應(yīng)具有放熱能力強以及甲烷化反應(yīng)器內(nèi)部散熱困難,該問題已成為國內(nèi)外研究的熱點。本文在創(chuàng)建三維反應(yīng)器模型的基礎(chǔ)之上,應(yīng)用離散元法(Discrete Element Method,DEM)建立了徑向流反應(yīng)器球形顆粒隨機堆積的催化劑床層模型,采用PFC(Particle Flow Code)-CFD(Computational Fluid Dynamics)耦合求解法對徑向流反應(yīng)器內(nèi)的流場分布及甲烷化過程進(jìn)行模擬分析。首先,利用PFC離散元軟件建立了隨機堆積環(huán)形固定床模型,探究了空隙率、流場的分布情況;其次,在相同的模擬條件下,對顆粒粒徑分別為12mm、14mm、16mm、20mm及28mm的隨機堆積床層進(jìn)行冷態(tài)模擬,并分析顆粒粒徑對反應(yīng)器床層內(nèi)流場分布的影響,得出流體分布最均勻的床層模型;然后,在此模型的基礎(chǔ)上,改變內(nèi)外分布板的孔徑,探究了孔徑對場分布的影響;同時在冷態(tài)模擬的基礎(chǔ)上,添加甲烷化反應(yīng)動力學(xué)方程,對甲烷化過程進(jìn)行模擬分析,提取了床層內(nèi)CO、CH_4的濃度分布以及溫度分布,獲得了床層內(nèi)的甲烷化反應(yīng)規(guī)律;最后,對催化劑封高度和長徑比R對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響進(jìn)行探究。模擬結(jié)果顯示:利用離散元軟件PFC-3D能快速準(zhǔn)確地建立三維隨機堆積床層模型,獲得的催化劑床層模型更加接近實際的堆積過程,更能準(zhǔn)確地反映實際情況。冷態(tài)模擬下,研究了粒徑為12、14、16、20以及28mm,內(nèi)外分布板孔徑5、10、15mm情況下對場分布的影響,研究發(fā)現(xiàn)粒徑為12mm、孔徑5mm時流體分布最均勻,壓降最大。通過熱態(tài)模擬,獲得了生成物和反應(yīng)物濃度沿軸向和徑向的分布規(guī)律,以及反應(yīng)過程中溫度的變化規(guī)律;研究了催化劑封高在20、45、70mm情況下對甲烷化反應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)封高在20mm時最優(yōu);研究了高徑比R為2、4、6同催化劑體積的情況下,結(jié)構(gòu)對產(chǎn)率的影響,發(fā)現(xiàn)高徑比R=2為反應(yīng)器最優(yōu)結(jié)構(gòu)。本文獲得的相關(guān)結(jié)論為后續(xù)研究提供參考。
【圖文】：

大前進(jìn)都伴隨著能源利用技術(shù)的改進(jìn)與轉(zhuǎn)變，人類的任何活動和能源緊其他資源和利用其他資源也都要依賴能源，由于世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速地、環(huán)境污染、生態(tài)惡化等情況漸漸深化，能源供需矛盾日益凸出。目前，還是主要以化石資源為主，其中有些國家的能源消費模式仍然煤炭為能耗已變?yōu)槭�、天然氣等危害排放物較少的優(yōu)質(zhì)能源。以煤油、煤炭結(jié)構(gòu)帶來全球性能源環(huán)境問題的主要表現(xiàn)為臭氧層破壞、酸雨、溫室氣費用每年高達(dá) 10 億美元。從圖 1-1 可以更直觀的看出近年來石油消費占比下降，天然氣等清潔能源77-2017 年的歷史數(shù)據(jù)來看，國際能源消費模式展現(xiàn)出煤炭穩(wěn)、石油降發(fā)展的趨勢。其中、石油消費占一次能源比例由 49%下降至 34%，煤炭 26%-28%，天然氣消耗比例由 18%提高至 23%，其余能源（如核能、水、太陽能、生物質(zhì)能等）占比由 7%提高至 15%。

2圖 1-2 中國煤炭資源分布圖Fig.1-2 Distribution Map of Coal Resources in China的主要原料為煤，最終生產(chǎn)產(chǎn)物是對環(huán)境危害制氣行業(yè)作為新型能源產(chǎn)業(yè)，在近些年來得到
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE665.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2650520