【摘要】：結合我國煤炭豐富,石油貧乏,天然氣少的現(xiàn)狀,煤炭資源清潔轉化策略把資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢,并且符合可持續(xù)發(fā)展政策。在煤制天然氣過程中,甲烷化反應具有放熱能力強以及甲烷化反應器內(nèi)部散熱困難,該問題已成為國內(nèi)外研究的熱點。本文在創(chuàng)建三維反應器模型的基礎之上,應用離散元法(Discrete Element Method,DEM)建立了徑向流反應器球形顆粒隨機堆積的催化劑床層模型,采用PFC(Particle Flow Code)-CFD(Computational Fluid Dynamics)耦合求解法對徑向流反應器內(nèi)的流場分布及甲烷化過程進行模擬分析。首先,利用PFC離散元軟件建立了隨機堆積環(huán)形固定床模型,探究了空隙率、流場的分布情況;其次,在相同的模擬條件下,對顆粒粒徑分別為12mm、14mm、16mm、20mm及28mm的隨機堆積床層進行冷態(tài)模擬,并分析顆粒粒徑對反應器床層內(nèi)流場分布的影響,得出流體分布最均勻的床層模型;然后,在此模型的基礎上,改變內(nèi)外分布板的孔徑,探究了孔徑對場分布的影響;同時在冷態(tài)模擬的基礎上,添加甲烷化反應動力學方程,對甲烷化過程進行模擬分析,提取了床層內(nèi)CO、CH_4的濃度分布以及溫度分布,獲得了床層內(nèi)的甲烷化反應規(guī)律;最后,對催化劑封高度和長徑比R對反應轉化率的影響進行探究。模擬結果顯示:利用離散元軟件PFC-3D能快速準確地建立三維隨機堆積床層模型,獲得的催化劑床層模型更加接近實際的堆積過程,更能準確地反映實際情況。冷態(tài)模擬下,研究了粒徑為12、14、16、20以及28mm,內(nèi)外分布板孔徑5、10、15mm情況下對場分布的影響,研究發(fā)現(xiàn)粒徑為12mm、孔徑5mm時流體分布最均勻,壓降最大。通過熱態(tài)模擬,獲得了生成物和反應物濃度沿軸向和徑向的分布規(guī)律,以及反應過程中溫度的變化規(guī)律;研究了催化劑封高在20、45、70mm情況下對甲烷化反應的影響,發(fā)現(xiàn)封高在20mm時最優(yōu);研究了高徑比R為2、4、6同催化劑體積的情況下,結構對產(chǎn)率的影響,發(fā)現(xiàn)高徑比R=2為反應器最優(yōu)結構。本文獲得的相關結論為后續(xù)研究提供參考。
【圖文】：

大前進都伴隨著能源利用技術的改進與轉變，人類的任何活動和能源緊其他資源和利用其他資源也都要依賴能源，由于世界經(jīng)濟持續(xù)、高速地、環(huán)境污染、生態(tài)惡化等情況漸漸深化，能源供需矛盾日益凸出。目前，還是主要以化石資源為主，其中有些國家的能源消費模式仍然煤炭為能耗已變?yōu)槭�、天然氣等危害排放物較少的優(yōu)質能源。以煤油、煤炭結構帶來全球性能源環(huán)境問題的主要表現(xiàn)為臭氧層破壞、酸雨、溫室氣費用每年高達 10 億美元。從圖 1-1 可以更直觀的看出近年來石油消費占比下降，天然氣等清潔能源77-2017 年的歷史數(shù)據(jù)來看，國際能源消費模式展現(xiàn)出煤炭穩(wěn)、石油降發(fā)展的趨勢。其中、石油消費占一次能源比例由 49%下降至 34%，煤炭 26%-28%，天然氣消耗比例由 18%提高至 23%，其余能源（如核能、水、太陽能、生物質能等）占比由 7%提高至 15%。

2圖 1-2 中國煤炭資源分布圖Fig.1-2 Distribution Map of Coal Resources in China的主要原料為煤，最終生產(chǎn)產(chǎn)物是對環(huán)境危害制氣行業(yè)作為新型能源產(chǎn)業(yè)，在近些年來得到
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE665.3

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李安學;李春啟;左玉幫;梅長松;余銘程;寇志勝;劉學武;湯俊麗;;合成氣甲烷化工藝技術研究進展[J];化工進展;2015年11期

2 程源洪;張亞新;肖建發(fā);趙靜;;煤制天然氣甲烷化反應器過程模擬與結構優(yōu)化[J];煤炭轉化;2015年04期

3 程源洪;張亞新;王吉德;趙靜;;甲烷化固定床反應器床層反應過程與場分布數(shù)值模擬[J];化工學報;2015年09期

4 周恩年;;國內(nèi)外煤制天然氣甲烷化技術及工業(yè)化現(xiàn)狀[J];煤化工;2015年04期

5 馬濤;張亞新;;煤制天然氣甲烷化固定床反應器內(nèi)反應特征參數(shù)場分布的數(shù)值模擬研究[J];新疆大學學報(自然科學版);2015年02期

6 ;國務院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》[J];建設科技;2014年22期

7 趙靜;張亞新;冉文q，

本文編號：2650520