我國原油對外依存度較高的現(xiàn)狀,給我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來嚴(yán)重的壓力,同時(shí)石油也是一種戰(zhàn)略資源,這就要求大力發(fā)展非石油路線的工藝。為此國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要,將“大力開發(fā)煤液化以及煤氣化、煤化工等轉(zhuǎn)化技術(shù)”列為優(yōu)先發(fā)展主題。煤間接液化技術(shù)是煤炭制液體燃料的兩種主要途徑之一,費(fèi)托合成技術(shù)是煤間接液化最為關(guān)鍵的核心技術(shù),而實(shí)現(xiàn)費(fèi)托合成的關(guān)鍵主要是催化劑的制備和反應(yīng)器技術(shù),其中氣固流化床反應(yīng)器仍然是開發(fā)研究的熱點(diǎn)。建立了由供氣系統(tǒng)、氣固流化床和激光多普勒測速儀及計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)三部分組成的氣固流化床大型冷模實(shí)驗(yàn)裝置。分別采用枝條形氣體分布器和圓環(huán)形氣體分布器,在流化狀態(tài)良好的情況下,對流化床內(nèi)的顆粒流化行為進(jìn)行了測量。使用枝條形氣體分布器時(shí),當(dāng)比半徑在0.8-1范圍內(nèi),由于邊壁作用對顆粒動(dòng)能的消耗,使得顆粒速度較小。而在比半徑為0-0.6的范圍內(nèi),顆粒速度相對于0.8-1的區(qū)間明顯增加。使用圓環(huán)形氣體分布器時(shí),在比半徑0.8處的顆粒速度與比半徑為0-0.6時(shí)的顆粒速度基本一致,與枝條形氣體分布器相比,表現(xiàn)出一定的克服壁面效應(yīng)的效果。改變流化床內(nèi)的表觀氣速,隨表觀氣速增加,顆粒速度增大。在使用圓環(huán)形氣體分布器時(shí),在相同的軸向高度上,顆粒的軸向速度比使用枝條形氣體分布器時(shí)大。顆粒在自身重力、曳力及顆粒間相互作用力的作用下,存在由上升到下降,之后再由下降到上升的過程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了顆粒運(yùn)動(dòng)方向變化的趨勢。定義了徑向振幅絕對值用于描述流化床的顆粒波動(dòng)。隨著軸向高度的增加,顆粒徑向振幅絕對值減小。在不同的表觀氣速下,當(dāng)流化狀態(tài)良好時(shí),徑向振幅絕對值呈現(xiàn)出不隨表觀氣速上升而產(chǎn)生較大變化的特點(diǎn)。而當(dāng)流化狀態(tài)不理想時(shí),顆粒的徑向振幅絕對值出現(xiàn)較大變化,徑向振幅絕對值與比半徑的關(guān)系曲線出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)。給出了一種定量描述流化床內(nèi)流化狀態(tài)的方法,根據(jù)實(shí)測的上行與下行的顆粒數(shù)量,定義了上行與下行顆粒數(shù)比值,在完全流化狀態(tài)下上行顆粒數(shù)與下行顆粒數(shù)相等。在軸向高度較高的位置,當(dāng)表觀氣速在0.43m/s以及0.39m/s時(shí),上行與下行顆粒數(shù)比值出現(xiàn)了較大幅度的上升,此時(shí)流化床的流化狀態(tài)不理想。而在0.47-0.59m/s時(shí),流化狀態(tài)良好,上行與下行顆粒數(shù)比值隨著表觀氣速的上升趨近于1。使用FLUENT軟件,采用雙流體模型,選擇二維非穩(wěn)態(tài)算法對流化床內(nèi)的流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在相同的條件下,使用圓環(huán)形氣體分布器的顆粒速度比使用枝條形氣體分布器的顆粒速度大。模擬結(jié)果出現(xiàn)了隨著軸向高度上升,顆粒速度下降的現(xiàn)象,即存在顆粒運(yùn)動(dòng)方向變化的趨勢。采用開源代碼MFIX建立了費(fèi)托合成流化床反應(yīng)器三維數(shù)學(xué)模型,模型考慮了動(dòng)量、傳熱、傳質(zhì)并且結(jié)合了費(fèi)托合成動(dòng)力學(xué)。根據(jù)Marvast費(fèi)托合成動(dòng)力學(xué)模型對流化床內(nèi)的費(fèi)托合成進(jìn)行了模擬,模擬結(jié)果表明C5+的選擇性隨著管壁溫度的升高而急劇下降,其他條件對費(fèi)托合成反應(yīng)結(jié)果影響較小。根據(jù)費(fèi)托合成集總動(dòng)力學(xué)模型,將枝條形氣體分布器與圓環(huán)形氣體分布器與計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合進(jìn)行模擬。當(dāng)表觀氣速的范圍為最小流化速度的5至15倍時(shí),使用圓環(huán)形氣體分布器時(shí),產(chǎn)物生成速率高于使用枝條形氣體分布器。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ529.2
【部分圖文】：

漿態(tài)床反應(yīng)器能否長期運(yùn)行的關(guān)鍵是催化劑、蠟的分離技術(shù)。??２．３．３流化床反應(yīng)器??流化床反應(yīng)器分為循環(huán)式流化床以及固定式流化床兩種，結(jié)構(gòu)分別如圖２．４、圖２．５??所示［丨８］。??

床層??Ｖ??氣體入ｑｉ?１??圖２．５固定式流化床反應(yīng)器??Ｆｉｇ．?２．５?Ｆｉｘｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ?ｒｅａｃｔｏｒ??循環(huán)流化床由反應(yīng)器、沉降漏斗、多孔金屬過濾器和旋風(fēng)分離器四部分構(gòu)成，原料??氣從反應(yīng)器底部進(jìn)入，與立管中經(jīng)滑閥下降的熱催化劑流匯合，將氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度，??進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。大部分的反應(yīng)熱由反應(yīng)器內(nèi)的兩組換熱器帶走，其余部分被產(chǎn)品氣和原料??氣帶出。??固定流化床反應(yīng)器帶有一個(gè)氣體分布器，床層中內(nèi)置冷卻盤管。反應(yīng)器的頂部安裝??了多孔金屬過濾器，能從氣相產(chǎn)品物流中將催化劑分離出來并返回床層。由于固定流化??

Ｌｌ?Ｌ）??氣體入口?Ｘ??圖２．４循環(huán)式流化床反應(yīng)器??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ?ｒｅａｃｔｏｒ???氣體出口??水蒸氣一??催化劑—ｊ??床層??Ｖ??氣體入ｑｉ?１??圖２．５固定式流化床反應(yīng)器??Ｆｉｇ．?２．５?Ｆｉｘｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ?ｒｅａｃｔｏｒ??循環(huán)流化床由反應(yīng)器、沉降漏斗、多孔金屬過濾器和旋風(fēng)分離器四部分構(gòu)成，原料??氣從反應(yīng)器底部進(jìn)入，與立管中經(jīng)滑閥下降的熱催化劑流匯合，將氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度，??進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。大部分的反應(yīng)熱由反應(yīng)器內(nèi)的兩組換熱器帶走，其余部分被產(chǎn)品氣和原料??氣帶出。??固定流化床反應(yīng)器帶有一個(gè)氣體分布器，床層中內(nèi)置冷卻盤管。反應(yīng)器的頂部安裝??了多孔金屬過濾器，能從氣相產(chǎn)品物流中將催化劑分離出來并返回床層。由于固定流化??
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本文編號：2847828