甲烷化流化床反应器的建模与分析

发布时间：2024-12-15 20:59

　　甲烷化流化床技术为煤制天然气提供了一种新的工艺途径,但由于甲烷化反应的强放热性以及流化床反应器中气固两相流动的复杂性,导致甲烷化流化床反应器的设计与放大存在诸多问题。借助数值模拟技术有助于分析反应器内部的流化特性、总结各组分的分布及变化规律,对流化床反应器的设计、放大及工业化应用具有重要意义。为此本文进行了以下研究:首先根据实验室规模甲烷化流化床工艺和床层流化特性,建立该流化床的几何模型和CFD模型,通过对比采用不同的曳力模型模拟所得的床层压降数据与实验数据,确定选用修正的Syamlal-O'Brien方程作为气固相耦合曳力模型。然后利用Fluent二次开发功能,通过UDF建立烧结板模型并对反应动力学模型进行合理改进,完善了烧结板布风的甲烷化流化床反应器的整体模型。进而在上述模型的基础上对烧结板布风的甲烷化流化床反应器进行冷态模拟和反应过程模拟,考察了烧结板对反应过程的影响。通过对比实验数据与模拟所得床层温度、CO转化率、CH4选择性可得,烧结板模型地引入增强了反应器入口边界描述的精确性,使得计算结果更加接近实验值。进一步分析并总结进口表观气速不同及催化剂存量不同时,反应器内两相流动和反...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１反应器（ａ）和烧结板（ｂ）的几何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｒｅａｃｔｏｒ（ａ）ａｎｄｓｉｎｔｅｒｅｄｐｌａｔｅ（ｂ）

区域网格进行局部加密处理［２０］．反应器流体域采用六面体网格，边界采用四边形网格，网格总数为１７２．４９０万，其中六面体网格数为１６５．７７５万，四边形网格数为６．７１５万．烧结板直径６７．５ｍｍ，孔径２０～７０μｍ，平均孔径５０μｍ，开孔率１１％．采用烧结板作为流化床气体分布板....

图２进气网格编号Ｆｉｇ．２Ｎｕｍｂｅｒｏｆｉｎｌｅｔｍｅｓｈ

，利用ＵＤＦ定位识别进口边界网格并对进气网格进行编号（图２），并通过网格编号均匀地选取一些网格作为进气网格，其余网格设置进气量为零．对于进气网格而言，由于烧结板存在孔径分布，所以采用线性同余算法［２９］使网格进气量在一定范围内随机分配，具体方法为：在选取进气网格的同时通过式（２２....

图３烧结板入口气速分布（单位：ｍ／ｓ）Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｌｅｔｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｅｄｐｌａｔｅ（ｕｎｉｔ：ｍ／ｓ）

质量分数／％１２０～１５０１０６～１２０５８０～１２０１２０～１８０５０６０～８０１８０～２５０４０４０～６０２５０～３８０５１．０８７ｇ／ｍＬ，在模拟中催化剂的平均直径取０．１７２ｍｍ．２结果与分析数值模拟在ＡＮＳＹＳ－ＦＬＵＥＮＴ平台上完成，颗粒相和气相的连续性方程、动量守恒....

图５床层空隙率随床层高度的变化Ｆｉｇ．５Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｂｅｄｖｏｉｄａｇｅｗｉｔｈｂｅｄｈｅｉｇｈｔ

第５期张晓瑞等：烧结板布风的甲烷化流化床反应器建模与分析ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ烧结板模型均匀随机布气的有效性．结合图５完全流化后不同位置床层空隙率可得，烧结板模型的存在可以使床层流化状态更加均一，与实验观察以及相关研究结果［２８］基本一致．图４流化过程中颗粒相....

本文编号：4016459