煤加氢气化化学反应动力学模型及汞的形态演化机理研究与数值模拟

发布时间：2017-07-04 16:06

  本文关键词：煤加氢气化化学反应动力学模型及汞的形态演化机理研究与数值模拟

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【摘要】： 本论文在收集大量文献资料,借鉴和吸收前人研究成果基础上,立足于近零排放煤利用系统,利用化学热力学、化学动力学及数值模拟等手段,针对喷流加氢气化床中的C-H的反应机理与汞形态的演化进行研究,主要内容包括: 建立了喷流加氢气化床中的相关反应物的化学平衡热力学模型、基于基元反应的详细机理化学动力学模型及对应的简化机理化学反应动力学模型,并使用ChemKin软件模拟研究了各种影响汞形态转化和气化产物组分的因素,预测了气化炉出口的汞的形态分布以及气化产物的成分,并与实验进行了相互对照。本文同时利用Fluent软件分别采用PDF模型和引入简化机理化学反应动力学模型的Species Transport模型对一喷流加氢气化床进行了数值模拟,同样考察了各种影响因素,并与实验及ChemKin软件的计算结果进行了交叉比较。 模型的计算结果和数值模拟的结果均指出:汞在喷流加氢气化床中的主要存在形式是气态单质汞;反应压力的增加会有利于汞的氧化及气化过程的进行;氢煤质量比的增加会增加碳转化率,但是对气化产物组分的影响不一定是正面的,并且会抑制汞的氧化;反应温度对汞的氧化及气化过程的影响则结果不一,热力学模型、动力学模型以及部分数值模拟认为温度上升会抑制汞的氧化,并且会降低碳转化率,而其它数值模拟则认为温度上升会促进汞的氧化、提高碳转化率。此外,热力学模型还指出煤中S元素的增加会有利于汞的氧化。 热力学模型、动力学模型和数值模拟均与实验显示了趋势上的吻合,但模型与数值模拟对碳转化率的预测结果均比实验值偏高,在反应温度对汞的氧化及气化过程的影响上无法得出明确的结论,需要对其作进一步完善。
【关键词】：煤加氢气化 汞 化学平衡热力学 化学反应动力学 数值模拟 ChemKin Fluent
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ541
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-24
• 1.1 近零排放煤利用系统概述11-16
• 1.1.1 近零排放煤利用系统的发展背景11-12
• 1.1.2 近零排放煤利用系统简介12-14
• 1.1.3 近零排放煤利用系统的发展与研究现状14-16
• 1.2 汞污染16-22
• 1.2.1 汞污染的危害16-17
• 1.2.2 燃煤汞污染17-18
• 1.2.3 汞在煤利用过程中的形态与排放18-20
• 1.2.4 煤利用过程中汞化学反应模型研究现状20-22
• 1.3 论文主要研究内容22-24
• 1.3.1 汞在近零排放煤利用系统中的形态演化的建模和计算22-23
• 1.3.2 煤加氢气化的建模和计算23-24
• 2 汞的演化及煤加氢气化的热力学模型研究24-46
• 2.1 化学反应平衡热力学计算的基本方法24-25
• 2.2 汞及煤加氢气化的热力学模型的建立与验证25-26
• 2.3 煤加氢气化炉中各因素对汞的热力学平衡形态的影响26-37
• 2.3.1 平衡压力27-28
• 2.3.2 平衡温度28-29
• 2.3.3 氢煤质量比29-31
• 2.3.4 O元素的物质的量31-34
• 2.3.5 S元素的物质的量34-36
• 2.3.6 本节小结36-37
• 2.4 煤加氢气化炉中各因素对热力学平衡产物的影响37-44
• 2.4.1 平衡压力37-39
• 2.4.2 平衡温度39-41
• 2.4.3 氢煤质量比41-44
• 2.4.4 本节小结44
• 2.5 本章小结44-46
• 3 汞的演化模型及煤加氢气化动力学模型研究46-64
• 3.1 化学反应动力学基本原理46-47
• 3.2 汞的均相反应氧化模型及煤加氢气化模型的建立47-57
• 3.2.1 基本假设与基元反应47-52
• 3.2.2 模型的验证52-56
• 3.2.3 汞的动力学模型计算结果56-57
• 3.3 其它操作因素对汞的形态分布及煤加氢气化产物的影响57-61
• 3.3.1 反应压力57-59
• 3.3.2 反应温度59-60
• 3.3.3 反应时间60-61
• 3.4 模型有待改进之处61-62
• 3.5 本章小结62-64
• 4 汞的演化及煤加氢气化的CFD研究64-83
• 4.1 PDF模型和ChemKin热力学数据65-73
• 4.1.1 计算模型与网格划分65-68
• 4.1.2 模拟结果及对比分析68-70
• 4.1.3 其它因素对数值模拟结果的影响70-73
• 4.2 完全引入ChemKin反应机理73-82
• 4.2.1 计算模型与网格划分73-77
• 4.2.2 模拟结果及对比分析77-79
• 4.2.3 其他因素对数值模拟结果的影响79-82
• 4.3 本章小结82-83
• 5 结论83-85
• 参考文献85-90
• 作者简历90-92
• 学位论文数据集92

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张建华;湿法烟气脱硫浆液中二价汞再释放研究[D];华北电力大学;2011年

2 余婉璇;煤与生物质混燃过程中碱金属对均相汞氧化影响的热力学与动力学研究[D];东华大学;2012年

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本文编号：518395