加压流化床反应器中煤焦化学链气化实验与数值模拟研究.docx

加压流化床反应器中煤焦化学链气化实验与数值模拟研究
摘要
本文针对加压流化床反应器中煤焦化学链气化过程进行了实验研究和数值模拟分析。采用热重分析法分别对煤和焦进行了热稳定性实验，结果表明，煤和焦的热稳定性较好。通过在加压流化床反应器中对煤焦进行气化反应实验，得到了相应的反应数据并进行了分析。同时，运用CFD软件对加压流化床反应器进行了数值模拟，得到了反应器中气体和颗粒物的分布规律和温度梯度变化。分析结果表明，在一定氧煤比条件下，煤焦气化产物中CO和H2含量随着温度升高而增加，CO2含量随着温度升高而减少。通过实验和数值模拟研究，可以更深入了解化学链气化过程的反应机理，为煤焦气化工艺的优化提供理论依据和实验基础。
关键词：加压流化床反应器，煤焦，化学链气化，热重分析，数值模拟
Abstract
Thispaperfocusesontheexperimentalstudyandnumericalsimulationanalysisofchemicalchaingasificationofcoalcokeinapressurizedfluidizedbedreactor.Thermalstabilityexperimentswerecarriedoutoncoalandcokeusingthermogravimetricanalysis,andtheresultsshowedthatbothcoalandcokehavegoodthermalstability.Thegasificationreactionofcoalcokewascarriedoutinapressurizedfluidizedbedreactor,andthecorrespondingreactiondatawereobtainedandanalyzed.Atthesametime,CFDsoftwarewasusedtosimulatethepressurizedfluidizedbedreactor,andthedistributionofgasandparticlesandthetemperaturegradientchangeinthereactorwereobtained.Theanalysisresultsshowthatundercertainoxygen-coalratioconditions,theCOandH2contentinthegasificationproductsofcoalcokeincreasewiththeincreaseoftemperature,andtheCO2contentdecreaseswiththeincreaseoftemperature.Throughexperimentalandnumericalsimulationstudies,thereactionmechanismofchemicalchaingasificationprocesscanbefurtherunderstood,providingatheoreticalbasisandexperimentalbasisfortheoptimizationofcoalcokegasificationprocess.
Keywords:pressurizedfluidizedbedreactor,coalcoke,chemicalchaingasification,thermogravimetricanalysis,numericalsimulation
正文
1.研究背景
化学链气化技术是一种重要的煤焦化学转化方式，其可以实现高效率、低污染的能源转化。加压流化床反应器是一种常用的化学链气化反应器，它能够实现压力控制和颗粒物的均匀分布，是化学链气化实验和工业化生产的理想反应器。
2.实验方法
2.1热重分析
采用TG-DTA-MS联用仪进行热重分析，对煤和焦进行热稳定性实验。将样品放置于裂解炉中，并以一定的升温速率进行加热，记录样品质量随温度变化的曲线，并根据质量变化率推断出样品的热稳定性。
2.2加压流化床反应器实验
实验采用自制的加压流化床反应器，反应温度为850℃，压力为2MPa，蒸汽和氮气的流量比为1:2。将固体样品放置在反应器中，通过控制氮气和蒸汽的流量比实现不同氧煤比下的煤焦气化反应。
2.3数值模拟
利用FLUENT软件对加压流化床反应器进行数值模拟。建立三维流场模型，确定流体和颗粒物的运动规律和温度分布。对反应器中的气体流动、颗粒物运动和传热传质进行数值模拟分析。
3.结果与分析
3.1热重分析结果
煤和焦的热稳定性均较好，煤的失重率随着温度升高而逐渐增加，焦的失重率随着温度升高而逐渐减少。
3.2加压流化床反应器实验结果
在20-50的氧