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國和消費國之一，在我國能源結構中，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煤炭資源仍會占據(jù)主導地位。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)是一種先進的潔凈煤發(fā)電技術，其發(fā)電效率可達到70％以上，并且對環(huán)境基本無危害。煤加

2、氫氣化技術是ZEC系統(tǒng)中的關鍵技術。
　　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:加壓流化床內氣固兩相流化特性的數(shù)值模擬研究，基于化學平衡熱力學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。
　　以顆粒動力學為理論基礎，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行了數(shù)值模擬。模擬結果表明，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。
　　利用化學平衡熱力學模型，分別從壓力、溫度、氫煤質量比等因素著手，對煤加氫氣化進行了熱力學預測。結果表明，隨著反應壓力的升高甲烷的體積分數(shù)先是迅速升高，在壓力達到3MPa后，該值幾乎不再發(fā)生變化。隨著反應溫度的升高，甲烷體積分數(shù)先是變化不明顯，在溫度達到800℃后，該值迅速降低。隨著氫煤比的增加，碳轉化率先是迅速升高，在氫煤比達到0.3后，該值不再發(fā)生變化，而在此過程中甲烷體積分數(shù)保

4、持下降。
　　對影響煤加氫氣化的關鍵因素，如溫度、壓力及氫煤比等進行了CFD模擬研究。模擬結果表明，壓力對煤加氫氣化的作用非常顯著，提高氣化反應壓力，可以增大反應物濃度，增加氣化劑在床內的停留時間，明顯提高甲烷產率;而進一步提高壓力，由于氣化劑的擴散受到抑制，從而反應也會得到抑制，使得出口處甲烷體積分數(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，這是因為加氫氣化反應是放熱反應，提高溫度會抑制反應的進行。提高氫煤質量比