甲烷化固定床反应器化学反应模拟及结构优化

• 作 者: 马涛
• 出 处: 新疆大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 煤制气 甲烷化 随机堆积 数值模拟

针对我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋,通过煤炭资源清洁转化的工艺,将资源优势转化成经济优势。在煤制天然气甲烷化工艺过程中,甲烷化反应器作为该过程的核心设备,因其强放热且热量难以移出的特点成为研究的重点对象。对于甲烷化反应器内部特征参数场分布的研究,能够间接的反映出反应器内部化学反应情况,对于实现甲烷化反应器结构优化和化学反应强化有重要意义。实测方法无法直接测得反应器内部连续的特征参数分布,采用计算机模拟的方法能够比较准确、全面地反映出整个反应器内部特征参数连续性分布情况。冷态下,通过数值模拟的方法,获得了床层在径向和轴向上的速度、空隙率、压力分布规律,拟合了床层空隙率径向、轴向分布函数,将实验结果与模拟结果进行对比,验证了模拟结果的准确性。探究了壁效应对催化剂床层堆积结构及其特征参数分布的影响,确定了壁效应的影响范围。研究了重力、管径比以及催化剂颗粒的粒径分布函数对于床层内部堆积结构及流场分布的影响。热态下,通过对随机堆积催化床内部的甲烷化反应模拟,获得了床层内部温度场、压力场、组分浓度等特征参数场分布。探究了催化剂颗粒粒径分布、管径比、物料进口温度、速度对化学反应的影响,并对催化剂床层长径比和段数对化学反应的影响进行探究。获得的相关结论为实际生产提供建议。