合成氣甲烷化固定床反應(yīng)器的數(shù)值模擬研究.pdf

1、天然氣由于安全清潔的低碳優(yōu)質(zhì)特性，成為能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中具有吸引力的選擇，利用煤炭資源制天然氣過程中甲烷化催化劑和反應(yīng)器工藝是至關(guān)技術(shù)，其中前者研究和應(yīng)用逐漸成熟。采用計算流體力學(xué)(CFD)的方法研究合成氣制天然氣反應(yīng)器對于認識涵蓋復(fù)雜物理化學(xué)變化和強放熱特性的甲烷化反應(yīng)過程可以節(jié)省實驗研發(fā)成本和人力物力，為傳統(tǒng)反應(yīng)器的研發(fā)和進一步工業(yè)化放大提供輔助和預(yù)測。
　　本文建立了合成氣甲烷化平板式反應(yīng)器二維幾何模型，運用Fluent軟件

2、，利用CO甲烷化和水煤氣變換為體系獨立反應(yīng)的動力學(xué)方程模型，建立了數(shù)值計算方法。首先驗證工藝條件下的反應(yīng)，模擬結(jié)果與實驗值接近，說明了數(shù)學(xué)模型和計算方法的有效性?；诖?，模擬研究不同工藝（溫度，CO、H2氣體分壓、流量）和氣體組成（含有CO2、H2O、CH4）以及實際工業(yè)原料氣時平板反應(yīng)器內(nèi)的甲烷化反應(yīng)，分析上述因素下反應(yīng)系統(tǒng)的特征。應(yīng)用CFD方法結(jié)合計算機軟件進行模擬可以直觀的了解薄層床反應(yīng)器內(nèi)各組分氣體的分布規(guī)律和流場分布。

3、　　數(shù)值研究結(jié)果表明:對于本文研究的固定床平板式反應(yīng)器，在考察溫度范圍(553K-613K)，氣體流量0.30L/min，操作壓力2atm，進料條件為Ar∶0.40、H2∶0.50、CO∶0.10、CO2∶0、CH4∶0、H2O∶0，CO基本反應(yīng)轉(zhuǎn)化完全，當(dāng)溫度從553K增加到613K時，化學(xué)反應(yīng)速率變快，出口甲烷體積分數(shù)小幅增加變化不明顯，從10.35％增加到12.83％;反應(yīng)器內(nèi)氣體分布從未達到穩(wěn)定到反應(yīng)器長度方向上0.075m、0

4、.055m和0.045m位置處穩(wěn)定。其他條件相同時，增大原料氣中CO和H2的分壓有利于向生成甲烷的方向進行，會改變反應(yīng)器內(nèi)氣體穩(wěn)定段的長度和出口CH4體積分數(shù)。原料氣流速在溫度較低為553K時，對氣體組成影響較大，流速從0.20L/min增加到0.60L/min，出口CH4體積分數(shù)從11.68％降低到5.02％;反應(yīng)溫度573K-613K時，主要影響氣體分布穩(wěn)定的位置。
　　CO2、CH4和H2O對體系影響體現(xiàn)在反應(yīng)器內(nèi)氣體分布和