【摘要】：基于集總動力學(xué)模型,采用COMSOL Multiphysics軟件對費托合成反應(yīng)蛋殼型鉆基催化劑進行模擬計算,從單顆粒角度對三種不同幾何結(jié)構(gòu)的催化劑建立較為合理的數(shù)學(xué)與幾何模型,并驗證所建立的模型,考察催化劑結(jié)構(gòu)變化對流體流動、傳質(zhì)、傳熱以及反應(yīng)速率的影響,并探究了催化劑活性組分厚度對反應(yīng)結(jié)果的影響。在反應(yīng)溫度498K、壓力3MPa、1000h-1、H247.8%、C022.9%的條件下,利用COMSOL軟件進行模擬計算,得到了催化劑顆粒內(nèi)部的CO和H2的摩爾分數(shù)分布、溫度分布以及產(chǎn)物選擇性分布。結(jié)果表明,氫碳比和溫度沿著催化劑半徑向內(nèi)逐漸升高。湍流流動有利于重質(zhì)烴類的生成,降低催化劑溫升;反應(yīng)溫度的升高提高了反應(yīng)物及產(chǎn)物在催化劑顆粒內(nèi)的擴散能力,使催化劑顆粒內(nèi)部氫碳比增加,顯著提高了CH4的選擇性,催化劑顆粒內(nèi)溫度提高也比較明顯;提高反應(yīng)壓力會降低催化劑顆粒內(nèi)部CO和H2的濃度,同時使提高催化劑的溫度。在層流和湍流條件下對球狀、條柱狀、三葉草狀催化劑進行模擬,結(jié)果表明:湍流條件改善了三葉草、條柱狀催化劑的流場分布,更有利于傳熱,三葉草狀催化劑具有最佳催化性能,對C5+選擇性為85%。對三葉草催化劑進行了不同位置狀態(tài)的模擬,發(fā)現(xiàn)層流條件下三葉草催化劑柱面斜向入口時,具有更高的與流體接觸橫截面積;湍流流動時,柱面斜向入口時CO的平均消耗速率為0.055mol/(g·h),而柱面斜向出口時有0.041mol/(g.h)。探究了球狀催化劑活性組分厚度對反應(yīng)結(jié)果的影響,隨著催化劑活性組分厚度的增加,CO轉(zhuǎn)化率逐漸提高,C5-(甲烷和低碳烴)的選擇性逐漸增大,而C10H22和C22H46的選擇性逐漸減小,催化劑顆粒溫升提高且溫度峰值逐漸向催化劑顆粒內(nèi)移動,不利于反應(yīng)熱的轉(zhuǎn)移,蛋殼型球狀催化劑較佳的活性組分厚度為10%。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｕｂｕｌａｒ邋ｆｉｘｅｄ邋ｂｅｄ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑目前，主要使用的流化床反應(yīng)器有兩種：循環(huán)流化床反應(yīng)器和固定流化床反應(yīng)器，，逡逑其結(jié)構(gòu)如圖２．２所示。原料氣從循環(huán)流化床反應(yīng)器的底部進入，在遇到下降的熱催化劑逡逑后被加熱，原料氣預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進入反應(yīng)區(qū)域發(fā)生反應(yīng)，然后利用旋風(fēng)分離器分離逡逑催化劑，催化劑下降循環(huán)使用。因此循環(huán)流化床反應(yīng)器可以在一邊運行的同時一邊填裝逡逑催化劑，中間不必停爐操作，自動化程度高，可以長期運行。固定流化床反應(yīng)器最大的逡逑特點是帶有一個氣體分布器，首先，氣體來到分布器經(jīng)過疏導(dǎo)后進入床內(nèi)反應(yīng)，為了加逡逑強換熱，催化劑床層中還內(nèi)置冷卻盤管，大部分固體催化劑在床層上方進行分離，其余逡逑在反應(yīng)器頂部經(jīng)多孔金屬過濾器分離重新參與反應(yīng)。流化床費托合成反應(yīng)器熱效率高，逡逑催化劑利用率也高，但催化劑處于高速流化狀態(tài)易磨損，前期建造投資較高，操作復(fù)雜。逡逑廣氣相產(chǎn)

＼邐／￡＾］邋？—氣體出口逡逑＾１＿５邋＾＿邋蠟出口逡逑圖２．１列管式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｕｂｕｌａｒ邋ｆｉｘｅｄ邋ｂｅｄ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑目前，主要使用的流化床反應(yīng)器有兩種：循環(huán)流化床反應(yīng)器和固定流化床反應(yīng)器，逡逑其結(jié)構(gòu)如圖２．２所示。原料氣從循環(huán)流化床反應(yīng)器的底部進入，在遇到下降的熱催化劑逡逑后被加熱，原料氣預(yù)熱到反應(yīng)溫度后進入反應(yīng)區(qū)域發(fā)生反應(yīng)，然后利用旋風(fēng)分離器分離逡逑催化劑，催化劑下降循環(huán)使用。因此循環(huán)流化床反應(yīng)器可以在一邊運行的同時一邊填裝逡逑催化劑，中間不必停爐操作，自動化程度高，可以長期運行。固定流化床反應(yīng)器最大的逡逑特點是帶有一個氣體分布器，首先，氣體來到分布器經(jīng)過疏導(dǎo)后進入床內(nèi)反應(yīng)，為了加逡逑強換熱，催化劑床層中還內(nèi)置冷卻盤管，大部分固體催化劑在床層上方進行分離，其余逡逑在反應(yīng)器頂部經(jīng)多孔金屬過濾器分離重新參與反應(yīng)。流化床費托合成反應(yīng)器熱效率高
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ426;TQ529.2

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪壽建;;氨催化劑快速還原中“對比法淺談”[J];小氮肥設(shè)計技術(shù);1987年05期

2 曹景慧;;糠醛加氫生產(chǎn)糠醇的概況[J];山西化工;1987年03期

3 余林應(yīng);;在φ700合成塔中A10-1Q和A110-催化劑分層混裝使用小結(jié)[J];小氮肥設(shè)計技術(shù);1987年01期

4 林忠偉;;淺談中變(低溫)催化劑的升溫還原[J];小氮肥設(shè)計技術(shù);1987年03期

5 郭浩;;氟利昂的合成和應(yīng)用[J];含氟材料;1987年04期

6 邱昒華;;中變催化劑WB—2與B107在我們廠使用小結(jié)[J];氮肥技術(shù);1987年04期

7 張鶴干;;B112與B301催化劑在我廠聯(lián)用[J];氮肥技術(shù);1987年04期

8 馬園園;王祥云;;B301低變催化劑使用小結(jié)[J];氮肥技術(shù);1987年04期

9 張钚英;;B301型低變催化劑在我廠使用情況總結(jié)[J];氮肥技術(shù);1987年04期

10 ;B107中變催化劑使用小結(jié)[J];氮肥技術(shù);1987年04期

相關(guān)會議論文 前6條

1 李德波;廖永進;曾庭華;馮永新;李建波;;電站鍋爐SCR脫硝催化劑服役后催化性能測試關(guān)鍵問題研究[A];2017火電廠超低排放SCR系統(tǒng)升級改造技術(shù)研討會論文集[C];2017年

2 程萍;;國產(chǎn)大化肥裝置煙氣脫硝方案選擇及催化劑選型[A];第十三屆寧夏青年科學(xué)家論壇石化專題論壇論文集[C];2017年

3 劉煒;蔣宗安;趙剛;;波紋式脫硝催化劑在超低排放改造項目中的應(yīng)用優(yōu)勢[A];2017火電廠超低排放SCR系統(tǒng)升級改造技術(shù)研討會論文集[C];2017年

4 張少鵬;司_炒

本文編號：2699387