天然气非催化部分氧化过程研究及系统分析
发布时间：2021-02-17 18:00
本文以天然气非催化部分氧化制合成气过程为背景,通过热模实验、数值计算和反应器网络模拟等方法考察了操作参数对天然气转化过程的影响；比较了不同天然气间接转化制氢工艺系统的（火用）效率和（火用）分布。主要内容如下：1.设计并搭建了天然气非催化部分氧化热模实验平台,确定了惰性气氛下三通道喷嘴的适宜点火条件,考察了O2/CH4比、水蒸气和CO2量、转化炉负荷等操作参数对合成气组成的影响；在外加热管式炉上进一步分析了CH4-C02和CH4-水蒸气的反应过程。结果表明,在本实验范围内,当02/CH4比（标准体积比）为0.90时,有效气（H2+CO）含量最大；在转化炉进口加入CO2或水蒸气可调整合成气H2/CO比,但水蒸气的调节作用不及C02显著。2.建立了天然气非催化部分氧化转化炉的数值计算模型,对湍流与化学反应耦合过程,分别采用PDF模型（基于化学平衡）和EDC模型（基于详细反应动力学）进行了比较。结果表明,PDF模型对燃烧区火焰结构还原有一定偏差,过高预计了出口合成气CH4转化率；EDC模型能准确描述转化炉内火焰推举现象,描述了温度和气体组分沿轴线距离的分布变化,出口合成气组成与工业运行数据吻合...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２论文框架和结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?化ｅ?也ｅｓｉｓ??
自热重整工艺（Ａｕｔｏ化ｅｒｍａｌ民ｅｆｏｒｍｉｎｇ，简称ＡＴＲ）是利用不同反应吸放热的特点，??将强吸热的蒸汽转化与强放热的非催化部分氧化相结合，形成的一种新的转化工艺ｔＷ。??自热重整转化炉结构如图２．１所示，上部空间为燃烧区，发生天然气非催化燃烧反应，??出燃烧区气体温度大约为１２００°Ｃ；下部空间填充Ｗ催化剂床层，主要发生ＣＨ４－水蒸气??重整和水蒸气变换等反应，出催化剂床层气体温度大约为１０００Ｔ。自热重整工艺使用催??化剂带来的问题之一是催化剂床层易积碳失活。为抑制催化剂床层积碳失活，工业运行??时，自热重整转化炉水碳比常大于１．４１＂１。??■?Ｏｘｙｇｅｎ／ａｉｒ??？?（ｏｒ?ｅｎｒｉｃｈｅｄ?ａｉｒ）??＾?＂Ｎ??Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ??ａｎｄ?ｓ（ｃａｍ＾＾＾??ｙｊ?（＾Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??ｃｈａｍｂｅｒ??ｉｉｍｉｉｉｍｉｍｎｉ?Ｃａｕｉｉｙｓｔ??？?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ??ｇａｓ??图２．１自热重整转化炉??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓ化ｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｒｅｆｏｒｍｅｒ??２丄４催化部分氧化??催化部分氧化王艺（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ?Ｐａｒｔｉａｌ?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，?ＣＰＯＸ）是ＣＨ４和〇２的混合气体在催??化剂作用下生成合成气的过程。反应过程微放热，主要发生ＣＨ４完全和不完全燃烧Ｗ及??水蒸气变换等反应。天然气催化部分氧化适宜的反应温度范围为７００－９００‘Ｃ。该法制得??的合成气ｔＶｅＯ比接近于２：１，基本满足生产甲醇、二甲跑和液态燃料等产品的要求??目前催化部分氧化工芝主要的研巧方向是制备并考察催化剂性能
使用ＰＤＦ模型模拟了两个不同尺寸规格的天然气非催化部分氧化转化炉。??２．２．２．２?火焰面（Ｆｌａｍｅｌｅｔ）模型??火焰面概念将端流火焰视为许多细小的一维层流小火焰结构组成Ｐｉ，５２ｌ图２．２所示??的层流对置式火焰常用于表征端流中的火焰结构，混合分数／从燃稱出口到氧化剂出口??单调递减，因此该火焰可用混合分数／和标量耗散率义表征轴向距离上组分和温度的变??化过程。标量耗散率义的定义为：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多维火焰面求解燃烧场中的多机制火焰结构[J]. 吴玉欣,叶桃红,林其钊. 推进技术. 2015(06)
[2]工业固定床煤气化炉:建模、模拟和热力学分析（英文）[J]. 何畅,冯霄,Khim Hoong Chu,李安学,刘永健. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2014(05)
[3]Numerical study on soot removal in partial oxidation of methane to syngas reactors[J]. Weisheng Wei,Tao Zhang,Jian Xu,Wei Du. Journal of Energy Chemistry. 2014(01)
[4]甲烷常压非催化部分氧化制合成气研究[J]. 申曙光,王月波,曹青. 山西化工. 2009(05)
[5]非催化加压甲烷部分氧化制合成气[J]. 任国良,董根全,李小蓓,崔富梅,吴建慧,曹立仁,李永旺. 煤炭转化. 2006(04)
[6]天然气非催化部分氧化制合成气过程的研究[J]. 王辅臣,李伟锋,代正华,陈雪莉,刘海峰,于遵宏. 石油化工. 2006(01)
[7]耦合甲烷部分氧化与二氧化碳重整的研究进展[J]. 纪红兵,谢俊锋,陈清林,林维明. 天然气化工. 2005(06)
[8]天然气部分氧化炉的数值模拟[J]. 代正华,王辅臣,刘海峰,于广锁,于遵宏. 化学工程. 2005(03)
[9]甲烷制氢技术研究进展[J]. 李文兵,齐智平. 天然气工业. 2005(02)
[10]气化参数影响气流床煤气化的模型研究（Ⅰ）——模型建立及验证[J]. 吴学成,王勤辉,骆仲泱,方梦祥,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2004(10)
博士论文
[1]层流多维火焰面生成流形方法的研究[D]. 吴玉欣.中国科学技术大学 2015
[2]化学热回收两段组合式气化炉的实验及数值模拟研究[D]. 金渭龙.华东理工大学 2014
[3]气流床气化炉内颗粒流动模拟及分区模型研究[D]. 李超.华东理工大学 2013
[4]燃烧计算中火焰面模型的研究[D]. 陆阳.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]非催化部分氧化重整富甲烷气制合成气研究[D]. 刘疆.天津大学 2013
[2]固定床与气流床水煤浆气化集成的煤制天然气系统能量与经济分析[D]. 邵迪.华东理工大学 2013
[3]燃烧化学机理简化及甲烷湍射流火焰的直接数值模拟研究[D]. 吕钰.浙江大学 2011
本文编号：3038336
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２论文框架和结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?化ｅ?也ｅｓｉｓ??
自热重整工艺（Ａｕｔｏ化ｅｒｍａｌ民ｅｆｏｒｍｉｎｇ，简称ＡＴＲ）是利用不同反应吸放热的特点，??将强吸热的蒸汽转化与强放热的非催化部分氧化相结合，形成的一种新的转化工艺ｔＷ。??自热重整转化炉结构如图２．１所示，上部空间为燃烧区，发生天然气非催化燃烧反应，??出燃烧区气体温度大约为１２００°Ｃ；下部空间填充Ｗ催化剂床层，主要发生ＣＨ４－水蒸气??重整和水蒸气变换等反应，出催化剂床层气体温度大约为１０００Ｔ。自热重整工艺使用催??化剂带来的问题之一是催化剂床层易积碳失活。为抑制催化剂床层积碳失活，工业运行??时，自热重整转化炉水碳比常大于１．４１＂１。??■?Ｏｘｙｇｅｎ／ａｉｒ??？?（ｏｒ?ｅｎｒｉｃｈｅｄ?ａｉｒ）??＾?＂Ｎ??Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ??ａｎｄ?ｓ（ｃａｍ＾＾＾??ｙｊ?（＾Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??ｃｈａｍｂｅｒ??ｉｉｍｉｉｉｍｉｍｎｉ?Ｃａｕｉｉｙｓｔ??？?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ??ｇａｓ??图２．１自热重整转化炉??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓ化ｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｒｅｆｏｒｍｅｒ??２丄４催化部分氧化??催化部分氧化王艺（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ?Ｐａｒｔｉａｌ?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，?ＣＰＯＸ）是ＣＨ４和〇２的混合气体在催??化剂作用下生成合成气的过程。反应过程微放热，主要发生ＣＨ４完全和不完全燃烧Ｗ及??水蒸气变换等反应。天然气催化部分氧化适宜的反应温度范围为７００－９００‘Ｃ。该法制得??的合成气ｔＶｅＯ比接近于２：１，基本满足生产甲醇、二甲跑和液态燃料等产品的要求??目前催化部分氧化工芝主要的研巧方向是制备并考察催化剂性能
使用ＰＤＦ模型模拟了两个不同尺寸规格的天然气非催化部分氧化转化炉。??２．２．２．２?火焰面（Ｆｌａｍｅｌｅｔ）模型??火焰面概念将端流火焰视为许多细小的一维层流小火焰结构组成Ｐｉ，５２ｌ图２．２所示??的层流对置式火焰常用于表征端流中的火焰结构，混合分数／从燃稱出口到氧化剂出口??单调递减，因此该火焰可用混合分数／和标量耗散率义表征轴向距离上组分和温度的变??化过程。标量耗散率义的定义为：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多维火焰面求解燃烧场中的多机制火焰结构[J]. 吴玉欣,叶桃红,林其钊. 推进技术. 2015(06)
[2]工业固定床煤气化炉:建模、模拟和热力学分析（英文）[J]. 何畅,冯霄,Khim Hoong Chu,李安学,刘永健. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2014(05)
[3]Numerical study on soot removal in partial oxidation of methane to syngas reactors[J]. Weisheng Wei,Tao Zhang,Jian Xu,Wei Du. Journal of Energy Chemistry. 2014(01)
[4]甲烷常压非催化部分氧化制合成气研究[J]. 申曙光,王月波,曹青. 山西化工. 2009(05)
[5]非催化加压甲烷部分氧化制合成气[J]. 任国良,董根全,李小蓓,崔富梅,吴建慧,曹立仁,李永旺. 煤炭转化. 2006(04)
[6]天然气非催化部分氧化制合成气过程的研究[J]. 王辅臣,李伟锋,代正华,陈雪莉,刘海峰,于遵宏. 石油化工. 2006(01)
[7]耦合甲烷部分氧化与二氧化碳重整的研究进展[J]. 纪红兵,谢俊锋,陈清林,林维明. 天然气化工. 2005(06)
[8]天然气部分氧化炉的数值模拟[J]. 代正华,王辅臣,刘海峰,于广锁,于遵宏. 化学工程. 2005(03)
[9]甲烷制氢技术研究进展[J]. 李文兵,齐智平. 天然气工业. 2005(02)
[10]气化参数影响气流床煤气化的模型研究（Ⅰ）——模型建立及验证[J]. 吴学成,王勤辉,骆仲泱,方梦祥,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2004(10)
博士论文
[1]层流多维火焰面生成流形方法的研究[D]. 吴玉欣.中国科学技术大学 2015
[2]化学热回收两段组合式气化炉的实验及数值模拟研究[D]. 金渭龙.华东理工大学 2014
[3]气流床气化炉内颗粒流动模拟及分区模型研究[D]. 李超.华东理工大学 2013
[4]燃烧计算中火焰面模型的研究[D]. 陆阳.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]非催化部分氧化重整富甲烷气制合成气研究[D]. 刘疆.天津大学 2013
[2]固定床与气流床水煤浆气化集成的煤制天然气系统能量与经济分析[D]. 邵迪.华东理工大学 2013
[3]燃烧化学机理简化及甲烷湍射流火焰的直接数值模拟研究[D]. 吕钰.浙江大学 2011
本文编号：3038336
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3038336.html
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