甲烷化流化床技術為煤制天然氣提供了一種新的工藝途徑,但由于甲烷化反應的強放熱性以及流化床反應器中氣固兩相流動的復雜性,導致甲烷化流化床反應器的設計與放大存在諸多問題。借助數值模擬技術有助于分析反應器內部的流化特性、總結各組分的分布及變化規(guī)律,對流化床反應器的設計、放大及工業(yè)化應用具有重要意義。為此本文進行了以下研究:首先根據實驗室規(guī)模甲烷化流化床工藝和床層流化特性,建立該流化床的幾何模型和CFD模型,通過對比采用不同的曳力模型模擬所得的床層壓降數據與實驗數據,確定選用修正的Syamlal-O'Brien方程作為氣固相耦合曳力模型。然后利用Fluent二次開發(fā)功能,通過UDF建立燒結板模型并對反應動力學模型進行合理改進,完善了燒結板布風的甲烷化流化床反應器的整體模型。進而在上述模型的基礎上對燒結板布風的甲烷化流化床反應器進行冷態(tài)模擬和反應過程模擬,考察了燒結板對反應過程的影響。通過對比實驗數據與模擬所得床層溫度、CO轉化率、CH4選擇性可得,燒結板模型地引入增強了反應器入口邊界描述的精確性,使得計算結果更加接近實驗值。進一步分析并總結進口表觀氣速不同及催化劑存量不同時,反應器內兩相流動和反...

【文章頁數】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１反應器（ａ）和燒結板（ｂ）的幾何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｒｅａｃｔｏｒ（ａ）ａｎｄｓｉｎｔｅｒｅｄｐｌａｔｅ（ｂ）

區(qū)域網格進行局部加密處理［２０］．反應器流體域采用六面體網格，邊界采用四邊形網格，網格總數為１７２．４９０萬，其中六面體網格數為１６５．７７５萬，四邊形網格數為６．７１５萬．燒結板直徑６７．５ｍｍ，孔徑２０～７０μｍ，平均孔徑５０μｍ，開孔率１１％．采用燒結板作為流化床氣體分布板....

圖２進氣網格編號Ｆｉｇ．２Ｎｕｍｂｅｒｏｆｉｎｌｅｔｍｅｓｈ

，利用ＵＤＦ定位識別進口邊界網格并對進氣網格進行編號（圖２），并通過網格編號均勻地選取一些網格作為進氣網格，其余網格設置進氣量為零．對于進氣網格而言，由于燒結板存在孔徑分布，所以采用線性同余算法［２９］使網格進氣量在一定范圍內隨機分配，具體方法為：在選取進氣網格的同時通過式（２２....

圖３燒結板入口氣速分布（單位：ｍ／ｓ）Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｌｅｔｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｅｄｐｌａｔｅ（ｕｎｉｔ：ｍ／ｓ）

質量分數／％１２０～１５０１０６～１２０５８０～１２０１２０～１８０５０６０～８０１８０～２５０４０４０～６０２５０～３８０５１．０８７ｇ／ｍＬ，在模擬中催化劑的平均直徑�。埃保罚玻恚恚步Y果與分析數值模擬在ＡＮＳＹＳ－ＦＬＵＥＮＴ平臺上完成，顆粒相和氣相的連續(xù)性方程、動量守恒....

圖５床層空隙率隨床層高度的變化Ｆｉｇ．５Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｂｅｄｖｏｉｄａｇｅｗｉｔｈｂｅｄｈｅｉｇｈｔ

第５期張曉瑞等：燒結板布風的甲烷化流化床反應器建模與分析ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ燒結板模型均勻隨機布氣的有效性．結合圖５完全流化后不同位置床層空隙率可得，燒結板模型的存在可以使床層流化狀態(tài)更加均一，與實驗觀察以及相關研究結果［２８］基本一致．圖４流化過程中顆粒相....

本文編號：4016459