加壓流化床中煤加氫氣化過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國之一，在我國能源結(jié)構(gòu)中，化石燃料占到了77.8％，煤炭資源更是占到了其中的94.3％，而且在今后很長一段時間內(nèi)煤炭資源仍會占據(jù)主導(dǎo)地位。但是在傳統(tǒng)的煤炭利用過程中，煤炭資源不能得到有效利用，而且會造成嚴(yán)重的污染，對環(huán)境造成巨大的破壞，所以開發(fā)新型煤炭利用系統(tǒng)對節(jié)能減排具有積極、重要的意義。近零排放煤利用(ZEC)系統(tǒng)是一種先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，其發(fā)電效率可達(dá)到70％以上，并且對環(huán)境基本無危害。煤加

2、氫氣化技術(shù)是ZEC系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　立足于ZEC系統(tǒng)的煤加氫氣化過程，主要開展了以下三個方面的工作:加壓流化床內(nèi)氣固兩相流化特性的數(shù)值模擬研究，基于化學(xué)平衡熱力學(xué)模型的加氫氣化過程理論研究，加壓流化床中煤加氫氣化過程的數(shù)值模擬研究。
　　以顆粒動力學(xué)為理論基礎(chǔ)，采用歐拉雙流體模型，對加壓流化床不同壓力、溫度下的典型工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，隨著壓力增大，最小流化速度逐漸減小，并且在相同速度差之下床層膨脹比明顯增

3、大。隨著溫度的升高，最小流化速度也逐漸減小。
　　利用化學(xué)平衡熱力學(xué)模型，分別從壓力、溫度、氫煤質(zhì)量比等因素著手，對煤加氫氣化進(jìn)行了熱力學(xué)預(yù)測。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)壓力的升高甲烷的體積分?jǐn)?shù)先是迅速升高，在壓力達(dá)到3MPa后，該值幾乎不再發(fā)生變化。隨著反應(yīng)溫度的升高，甲烷體積分?jǐn)?shù)先是變化不明顯，在溫度達(dá)到800℃后，該值迅速降低。隨著氫煤比的增加，碳轉(zhuǎn)化率先是迅速升高，在氫煤比達(dá)到0.3后，該值不再發(fā)生變化，而在此過程中甲烷體積分?jǐn)?shù)保

4、持下降。
　　對影響煤加氫氣化的關(guān)鍵因素，如溫度、壓力及氫煤比等進(jìn)行了CFD模擬研究。模擬結(jié)果表明，壓力對煤加氫氣化的作用非常顯著，提高氣化反應(yīng)壓力，可以增大反應(yīng)物濃度，增加氣化劑在床內(nèi)的停留時間，明顯提高甲烷產(chǎn)率;而進(jìn)一步提高壓力，由于氣化劑的擴(kuò)散受到抑制，從而反應(yīng)也會得到抑制，使得出口處甲烷體積分?jǐn)?shù)的增長速度降低。提高氣化溫度對煤加氫氣化的作用不是很明顯，這是因?yàn)榧託錃饣磻?yīng)是放熱反應(yīng)，提高溫度會抑制反應(yīng)的進(jìn)行。提高氫煤質(zhì)量比