处理低浓度有机废气的流向变换催化燃烧反应技术研究
发布时间：2020-12-03 10:39
流向变换催化燃烧技术是人为非定态操作的一种,结合蓄热换热器和催化燃烧两种技术的特点,通过周期性地切换固定床催化反应器内的气流方向,使床层内出现中间高、两边低的温度分布,因而适合于进行反应物浓度较低的不可逆强放热反应或放热较弱的可逆反应,能够提高反应效率和对产物的选择性。本文主要围绕将流向变换催化燃烧技术应用于工业过程中低浓度有机废气净化而展开,讨论该类型反应器的基本运行特性、失稳条件以相应的控制措施。首先,自行设计搭建了小型流向变换催化燃烧反应系统,并在此系统上进行了冷态条件下系统流动阻力特性试验研究。随着流向的周期性切换,床层的压降也随之呈现周期性的变化。在气流流向发生切换后的瞬间,床层内的流动状况需历经一定的波动方能达到稳定,但由于该过渡状态对于反应器整体操作过程影响基本可以忽略。稳定后的床层压降变化规律可以用Ergun方程来描述,即压降随表观气速的增大呈二次曲线的形式上升,随床层高度的增加而呈线性增长。根据试验数据,回归得到用于描述本反应系统压降变化的数学关联式,该关联式可较好地预测床层内的压降变化。随后,进行了低浓度甲烷和苯的催化燃烧试验研究,讨论了操作条件对反应器运行特性的影...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 挥发性有机废气及其治理技术
1.1.1 定义与来源
1.1.2 危害与相关排放法规
1.1.3 净化治理技术
1.2 固定床催化反应器周期性流向变换操作技术
1.2.1 流向变换催化反应技术的提出及原理
1.2.2 流向变换催化反应技术的特点及应用
1.3 流向变换催化燃烧技术的研究现状
1.3.1 操作参数及设计参数对反应器运行特性的影响
1.3.2 流向变换催化燃烧反应器的模型化
1.3.3 流向变换催化燃烧反应器的稳定性
1.3.4 反应器的控制理论
1.3.5 流向变换催化燃烧反应器网络
1.4 本文的研究目的和研究内容
2 流向变换催化燃烧反应系统的建立与冷态流动特性研究
2.1 系统功能与原理
2.2 实验装置
2.2.1 反应器本体与流向切换系统
2.2.2 供气系统与电加热辅助系统
2.2.3 数据采集与分析系统
2.2.4 实验流程概述
2.3 流向变换催化燃烧反应系统流动阻力特性
2.3.1 实验方法
2.3.2 反应器内压降变化
2.3.3 流动稳定时间
2.3.4 床层流动阻力损失
2.3.5 反应器内流动阻力损失的数学模型
2.4 本章小结
3 流向变换催化燃烧系统净化有机废气的实验研究
3.1 循环定态的建立与热波的形成
3.1.1 测点温度变化特性
3.1.2 热波的形成与拟定态的建立
3.1.3 流向切换周期内尾气排放变化规律
3.2 操作参数对反应器运行特性的影响
3.2.1 入口有机物浓度的影响
3.2.2 流向切换周期的影响
3.2.3 表观气速的影响
3.2.4 反应物的净化效率
3.3 甲烷—苯二元混合物的净化
3.3.1 甲烷—苯混合比例的影响
3.3.2 操作参数对甲烷—苯二元混合物净化的影响
3.4 反应器“飞温”与“M”型温度分布
3.5 “熄火”现象及其消除
3.5.1 “熄火”现象
3.5.2 辅助电加热对避免“熄火”的可行性
3.5.3 添加辅助燃料对避免“熄火”的可行性
3.6 本章小结
4 流向变换催化燃烧反应器的模型化
4.1 固定床催化反应器的数学模型
4.2 流向变换催化燃烧反应器数学模型的建立
4.2.1 建立数学模型的基本假设
4.2.2 数学模型的建立与无量纲化
4.2.3 催化燃烧反应的动力学模型
4.3 模型方程的数值解法
4.4 计算参数的设置
4.4.1 反应器几何参数
4.4.2 催化剂和蓄热小球的物性参数
4.4.3 气相的物性参数
4.4.4 固相和壁面热力学参数
4.4.5 床层传热系数及相关参数
4.4.6 床层内传质系数及相关参数
4.5 模型计算结果的实验验证
本章小结
5 流向变换催化燃烧反应器的数值模拟
5.1 壁面散热对反应器内温度分布的影响
5.2 操作参数对反应器内温度分布的影响
5.2.1 入口甲烷浓度的影响
5.2.2 流向切换周期的影响
5.2.3 表观气速的影响
5.3 反应器设计参数对反应器内温度分布的影响
5.4 传递参数对反应器内温度分布的影响
5.4.1 气固换热系数的影响
5.4.2 床层轴向有效导热系数的影响
5.4.3 气固传质系数的影响
5.5 反应动力学参数的影响对反应器内温度分布的影响
5.6 维持自热运行所需最低有机物浓度的确定
5.6.1 操作参数的影响
5.6.2 反应器设计参数的影响
5.7 本章小结
6 流向变换催化燃烧反应器动态特性的研究
6.1 入口浓度周期性波动对反应器运行特性影响的实验研究
6.1.1 实验装置与分析方法
6.1.2 反应器的基本操作特性
6.1.3 操作条件的影响
6.2 入口浓度周期性波动对反应器运行特性影响的模拟研究
6.2.1 “谐波响应”现象与反应器特征响应时间
6.2.2 入口条件的不对称与反应器稳定性
6.2.3 反应器设计参数的影响
6.2.4 反应器稳定状态的维持
6.2.5 参数敏感性分析
6.3 表观气速周期性波动对反应器运行特性影响的模拟研究
6.4 本章小结
7 流向变换催化燃烧净化有机废气系统的方案设计
7.1 工艺流程
7.2 流向变换催化燃烧净化系统的方案设计
7.2.1 系统热平衡计算
7.2.2 流向变换催化燃烧净化系统设计
7.2.3 投资与运行成本经济性分析
7.3 本章小结
8 全文总结和展望
8.1 本文主要研究内容和工作总结
8.2 对未来工作的展望
符号说明
全文参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体-催化协同降解挥发性有机废气[J]. 区瑞锟,陈砺,严宗诚,王红林. 环境科学与技术. 2011(01)
[2]活性炭纤维吸附-冷凝技术在有机废气回收净化中的应用[J]. 高武龙,董坤伦. 广东化工. 2010(08)
[3]低温等离子体协同改性ACF净化甲醛的实验研究[J]. 季银炼,顾中铸. 环境工程学报. 2009(08)
[4]吸收法脱除甲苯废气的实验研究[J]. 岑超平,陈定盛,蓝如辉,唐志雄. 环境工程. 2007(06)
[5]活性炭对有机废气的吸附-缓冲实验及其模拟[J]. 俞筱筱,高华生,朱建林,汪大翚. 环境科学研究. 2007(05)
[6]挥发性有机物催化燃烧消除的研究进展[J]. 张广宏,赵福真,季生福,银凤翔,李成岳. 化工进展. 2007(05)
[7]活性炭纤维净化印刷过程产生的VOCs废气[J]. 苏建华,罗卫平,王筱虹,刘晖. 环境污染治理技术与设备. 2006(11)
[8]低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术[J]. 王盈,朱吉钦,李成岳. 北京化工大学学报(自然科学版). 2006(05)
[9]生物法净化低浓度工业废气的技术进展[J]. 陆继来,尹协东,夏明芳,孙珮石,王彧. 污染防治技术. 2006(04)
[10]基于流向变换技术处理工业有机废气的控制系统设计[J]. 杨亮,宋执环,宋春跃. 化工进展. 2006(02)
博士论文
[1]膜吸收净化含苯废气及其传质性能的研究[D]. 李睿.南京理工大学 2010
[2]滑动弧放电等离子体处理挥发性有机化合物基础研究[D]. 薄拯.浙江大学 2008
硕士论文
[1]流向变换催化燃烧反应系统特性与数值模拟[D]. 夏积恩.浙江大学 2008
[2]吸收法治理合成革有机废气问题研究[D]. 刘畅.浙江大学 2006
本文编号：2896292
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 挥发性有机废气及其治理技术
1.1.1 定义与来源
1.1.2 危害与相关排放法规
1.1.3 净化治理技术
1.2 固定床催化反应器周期性流向变换操作技术
1.2.1 流向变换催化反应技术的提出及原理
1.2.2 流向变换催化反应技术的特点及应用
1.3 流向变换催化燃烧技术的研究现状
1.3.1 操作参数及设计参数对反应器运行特性的影响
1.3.2 流向变换催化燃烧反应器的模型化
1.3.3 流向变换催化燃烧反应器的稳定性
1.3.4 反应器的控制理论
1.3.5 流向变换催化燃烧反应器网络
1.4 本文的研究目的和研究内容
2 流向变换催化燃烧反应系统的建立与冷态流动特性研究
2.1 系统功能与原理
2.2 实验装置
2.2.1 反应器本体与流向切换系统
2.2.2 供气系统与电加热辅助系统
2.2.3 数据采集与分析系统
2.2.4 实验流程概述
2.3 流向变换催化燃烧反应系统流动阻力特性
2.3.1 实验方法
2.3.2 反应器内压降变化
2.3.3 流动稳定时间
2.3.4 床层流动阻力损失
2.3.5 反应器内流动阻力损失的数学模型
2.4 本章小结
3 流向变换催化燃烧系统净化有机废气的实验研究
3.1 循环定态的建立与热波的形成
3.1.1 测点温度变化特性
3.1.2 热波的形成与拟定态的建立
3.1.3 流向切换周期内尾气排放变化规律
3.2 操作参数对反应器运行特性的影响
3.2.1 入口有机物浓度的影响
3.2.2 流向切换周期的影响
3.2.3 表观气速的影响
3.2.4 反应物的净化效率
3.3 甲烷—苯二元混合物的净化
3.3.1 甲烷—苯混合比例的影响
3.3.2 操作参数对甲烷—苯二元混合物净化的影响
3.4 反应器“飞温”与“M”型温度分布
3.5 “熄火”现象及其消除
3.5.1 “熄火”现象
3.5.2 辅助电加热对避免“熄火”的可行性
3.5.3 添加辅助燃料对避免“熄火”的可行性
3.6 本章小结
4 流向变换催化燃烧反应器的模型化
4.1 固定床催化反应器的数学模型
4.2 流向变换催化燃烧反应器数学模型的建立
4.2.1 建立数学模型的基本假设
4.2.2 数学模型的建立与无量纲化
4.2.3 催化燃烧反应的动力学模型
4.3 模型方程的数值解法
4.4 计算参数的设置
4.4.1 反应器几何参数
4.4.2 催化剂和蓄热小球的物性参数
4.4.3 气相的物性参数
4.4.4 固相和壁面热力学参数
4.4.5 床层传热系数及相关参数
4.4.6 床层内传质系数及相关参数
4.5 模型计算结果的实验验证
本章小结
5 流向变换催化燃烧反应器的数值模拟
5.1 壁面散热对反应器内温度分布的影响
5.2 操作参数对反应器内温度分布的影响
5.2.1 入口甲烷浓度的影响
5.2.2 流向切换周期的影响
5.2.3 表观气速的影响
5.3 反应器设计参数对反应器内温度分布的影响
5.4 传递参数对反应器内温度分布的影响
5.4.1 气固换热系数的影响
5.4.2 床层轴向有效导热系数的影响
5.4.3 气固传质系数的影响
5.5 反应动力学参数的影响对反应器内温度分布的影响
5.6 维持自热运行所需最低有机物浓度的确定
5.6.1 操作参数的影响
5.6.2 反应器设计参数的影响
5.7 本章小结
6 流向变换催化燃烧反应器动态特性的研究
6.1 入口浓度周期性波动对反应器运行特性影响的实验研究
6.1.1 实验装置与分析方法
6.1.2 反应器的基本操作特性
6.1.3 操作条件的影响
6.2 入口浓度周期性波动对反应器运行特性影响的模拟研究
6.2.1 “谐波响应”现象与反应器特征响应时间
6.2.2 入口条件的不对称与反应器稳定性
6.2.3 反应器设计参数的影响
6.2.4 反应器稳定状态的维持
6.2.5 参数敏感性分析
6.3 表观气速周期性波动对反应器运行特性影响的模拟研究
6.4 本章小结
7 流向变换催化燃烧净化有机废气系统的方案设计
7.1 工艺流程
7.2 流向变换催化燃烧净化系统的方案设计
7.2.1 系统热平衡计算
7.2.2 流向变换催化燃烧净化系统设计
7.2.3 投资与运行成本经济性分析
7.3 本章小结
8 全文总结和展望
8.1 本文主要研究内容和工作总结
8.2 对未来工作的展望
符号说明
全文参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体-催化协同降解挥发性有机废气[J]. 区瑞锟,陈砺,严宗诚,王红林. 环境科学与技术. 2011(01)
[2]活性炭纤维吸附-冷凝技术在有机废气回收净化中的应用[J]. 高武龙,董坤伦. 广东化工. 2010(08)
[3]低温等离子体协同改性ACF净化甲醛的实验研究[J]. 季银炼,顾中铸. 环境工程学报. 2009(08)
[4]吸收法脱除甲苯废气的实验研究[J]. 岑超平,陈定盛,蓝如辉,唐志雄. 环境工程. 2007(06)
[5]活性炭对有机废气的吸附-缓冲实验及其模拟[J]. 俞筱筱,高华生,朱建林,汪大翚. 环境科学研究. 2007(05)
[6]挥发性有机物催化燃烧消除的研究进展[J]. 张广宏,赵福真,季生福,银凤翔,李成岳. 化工进展. 2007(05)
[7]活性炭纤维净化印刷过程产生的VOCs废气[J]. 苏建华,罗卫平,王筱虹,刘晖. 环境污染治理技术与设备. 2006(11)
[8]低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术[J]. 王盈,朱吉钦,李成岳. 北京化工大学学报(自然科学版). 2006(05)
[9]生物法净化低浓度工业废气的技术进展[J]. 陆继来,尹协东,夏明芳,孙珮石,王彧. 污染防治技术. 2006(04)
[10]基于流向变换技术处理工业有机废气的控制系统设计[J]. 杨亮,宋执环,宋春跃. 化工进展. 2006(02)
博士论文
[1]膜吸收净化含苯废气及其传质性能的研究[D]. 李睿.南京理工大学 2010
[2]滑动弧放电等离子体处理挥发性有机化合物基础研究[D]. 薄拯.浙江大学 2008
硕士论文
[1]流向变换催化燃烧反应系统特性与数值模拟[D]. 夏积恩.浙江大学 2008
[2]吸收法治理合成革有机废气问题研究[D]. 刘畅.浙江大学 2006
本文编号：2896292
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2896292.html
