下行床与料仓联合装置中煤热解的CFD模拟

发布时间：2020-07-03 13:08

【摘要】：我国的煤炭资源储量非常丰富,且种类十分齐全,是我国主要的一次能源来源。近些年来,随着日益严重的环境污染问题以及经济发展迅速增长的能源需求,如何清洁、高效地利用煤炭资源,成为目前影响我国能源、环境可持续发展的重要议题。在低碳经济、可持续发展的倡导下,中国科学院启动了“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”战略性先导专项(简称“煤专项”)。过程工程研究所依托这一科研平台,发展了“煤拔头”固体热载体工艺。本论文针对“煤拔头”工艺中下行床与料仓联合装置中的煤热解过程,采用欧拉多流体模型,耦合了质量、动量、能量传递以及化学反应模型来研究反应器内的流动、传热以及反应特性。论文首先根据单个颗粒层次的质量守恒推导出适用于多流体模型的粒径-密度变化模型,并与多流体模型进行耦合。同时,与粒径相关的参数,如相间曳力系数、传热系数以及多组分颗粒动理论参数在计算中会直接调用变化的瞬时粒径、密度值。接下来本文考察了一级全局反应模型以及双平行竞争模型。重点考察了温度对活化能、反应速率以及产物生成比例的影响。主要得到以下结论:(1)在反应过程中,煤颗粒的粒径变小,相间传热系数增大,升温速率增加,反应速率也随之增大,煤的转化率越高。热解反应模拟过程中,应考虑粒径变化的影响。(2)煤的热解过程在低温时具有较低的活化能和反应速率,趋向于生成更多的固体半焦产物,高温时具有较高的活化能和反应速率,趋向于生成轻质气体产物,因此双平行竞争模型更符合煤实际的热解过程。
【学位授予单位】：中国石油大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ530.2
【图文】：

中国煤炭,消费总量,单位,煤炭

我国煤炭资源现状中国是世界上最大的煤炭能源生产国，同时是世界上最大的煤炭消耗国，其产经超过世界煤炭总产量的三分之一，是世界上少数的几个以煤炭作为主要能国家[1]，如图 1.1 所示。根据《中国矿产资源报告（2016）》，“十二五”期间，已探明的煤炭资源储量为 15663 亿吨，相比于 2010 年的 13408 亿吨增长了%，2015 年能源消费结构中煤炭占 64%，石油占 18%，水电、风电和核电占，天然气占 5.9%[2]。由以上数据可以看出我国基础能源资源的特点是“富煤、、少气”，在今后相当长的一段时间内，随着石油能源储量的渐渐枯竭，其能献比例必然会同步减少，但是煤炭资源在我国的丰富赋存，加上近些年相关化艺的改进和突破，煤炭的一系列清洁利用技术渐渐成熟并且在工业上已取得的经济效益，因此我国的能源现状决定了我国还将长期维持以煤炭为主要一源的能源消费结构。

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价值较高的富氢组分转化成液体提取出来，剩下的固体产烧作为固体热载体的热源，以进行进一步的利用，从而达到级利用的效果[9]。该工艺的流程可以简单描述为：将低阶煤应器，在下行床中与提升管中来的热灰颗粒进行强烈的混之后在大气压、中温(550～700℃)、无催化剂、无氢气的反应快速热解。热解气产物在反应器的底部出口处收集起来进气体产物中的固体颗粒，在急冷器中快速冷却获得液体产艺特点是：反应条件相对于其他煤炭转化工艺温和，流程简下就可从原煤中提取煤焦油产物；将下行床装置和国际循环效地结合；能够较大程度地转化、提取煤中高价值的组分值。关键技术主要体现在三个方面：快速热解、快速分离与少了二次反应的发生，适合于生产以中间产物为目标的热缩短产物停留时间，生成更轻质化的液体产物，实现气固快程图如图 1.2。

【参考文献】