【摘要】：本論文以某工程公司褐煤直接液化小試反應(yīng)器(D=0.101m,H=4.04m)為研究對(duì)象,搭建冷模試驗(yàn)裝置,對(duì)反應(yīng)器內(nèi)多相流動(dòng)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。同時(shí)使用CFD商業(yè)模擬軟件,對(duì)液化反應(yīng)器內(nèi)高溫高壓條件下氣-漿等溫流場(chǎng)及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬,開發(fā)漿態(tài)加氫煤液化反應(yīng)器內(nèi)多相流動(dòng)與反應(yīng)耦合計(jì)算模型。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：(1)搭建有機(jī)玻璃冷模試驗(yàn)裝置,分別以空氣、水／石蠟油為氣、液相,以玻璃珠為固相,對(duì)反應(yīng)器內(nèi)氣泡特征、平均氣含率和液相速度等流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,考察了表觀氣液速度、反應(yīng)器高徑比(H/D)及固體顆粒濃度對(duì)各流動(dòng)特性的影響。結(jié)果顯示,在氣-液／氣-液-固多相體系中,低表觀氣速條件下(2cm/s),氣泡多為球形或橢球形小氣泡,且均勻分布于反應(yīng)器內(nèi),流動(dòng)呈現(xiàn)均勻鼓泡流特征；表觀氣速大小是平均氣含率的主要決定因素,氣速低氣含率也較低,反之亦然；表觀液速和H/D的影響幾乎可忽略。固體顆粒的加入使相同氣速下平均氣含率下降,且主要由小氣泡氣含率的下降引起。軸向液速的徑向分布同樣受表觀氣速的影響較大,氣速較低時(shí)(1cm/s),軸向液速徑向分布均勻,表觀液速、H/D和測(cè)點(diǎn)高度對(duì)液速徑向分布也存在一定程度的影響�；谏鲜鲈囼�(yàn)結(jié)果可推測(cè)得到,在本文研究的小試操作條件下,Ug=0.4cm/s, U1=0.042cm/s,液化反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)為均勻鼓泡流,氣泡尺寸小且分布均勻,反應(yīng)器內(nèi)平均氣含率低,軸向液速沿徑向分布均勻。(2)將反應(yīng)器內(nèi)氣-液-固三相簡(jiǎn)化為氣-漿兩相,使用Fluent 14.0商業(yè)軟件內(nèi)置的Euler雙流體模型,進(jìn)行三維瞬態(tài)模擬,預(yù)測(cè)分析高溫高壓條件下氣-漿等溫流場(chǎng)特征。結(jié)果顯示,反應(yīng)器內(nèi)總體氣含率較低,約為0.0165；反應(yīng)器底部漿液湍動(dòng)劇烈,利于物料的充分混合,但在反應(yīng)器壁面附近漿液存在顯著的返混；漿液在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間約70min,與液化反應(yīng)所需時(shí)間匹配。(3)根據(jù)劉銘的高壓釜褐煤液化試驗(yàn)(T=430℃,P=10 MPa)測(cè)量數(shù)據(jù),建立了液化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,使用Matlab最小二乘曲線擬合方法,獲得了褐煤在上述溫度和壓力條件下的液化反應(yīng)速率常數(shù)。通過用戶自定義函數(shù)(UDF)編譯將動(dòng)力學(xué)參數(shù)導(dǎo)入Fluent 14.0,對(duì)反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)和反應(yīng)過程耦合求解。結(jié)果顯示,反應(yīng)器出口處煤的轉(zhuǎn)化率約為90.83%,油氣(OG)的產(chǎn)率為64.67%,與小試裝置七天重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果較吻合。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ529.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2605879