双段固定床甲烷化反应器内流场特征研究及反应器强度分析

【摘要】：本文选取Topsoe工艺中的固定床甲烷化反应器为研究对象,由于Topsoe Process中甲烷化反应器分三段,甲烷化主要发生在第一段甲烷化反应器中,因此,本论文主要针对第一段甲烷化反应器进行模拟研究。研究内容围绕甲烷化反应器内部场分布和固定床甲烷化反应器进行。在论文中提及的第一段甲烷化反应器均由甲烷化反应器代替。首先,建立甲烷化反应器流体模型,运用ANSYS-CFX进行流体模拟,确定模拟模型。为了验证模型的正确性,将模拟结果与设计值进行比对,比对结果5%时认为模拟模型是合适的。确定物理模型和模拟模型后,提取温度分布、流速分布及各组分分布矢量图,一方面,可以明确床层中的各量分布情况;另一方面,对结果进行分析,明确床层存在的问题,以便针对存在的问题提出措施。第二,针对反应器存在的问题进行相应的床层结构改变,得到床层结构与甲烷产量的关系,进一步确定既有利于温度均匀分布又能保证甲烷产量的床层结构。第三,对反应器入口工艺参数进行研究,提出当其他参数条件满足设计参数时,入口温度、空速和入口压力的允许操作范围。最后,提取甲烷化反应器内壁面的温度分布、压力分布,通过曲线拟合的方法得到其拟合曲线,将其加载到甲烷化反应器设备上,进行热分析;结合反应器的机械载荷,将热分析结果传递到反应器上,对甲烷化反应器进行热-力耦合分析,保证反应器安全稳定运行。 【关键词】：甲烷化 甲烷化反应器 CFX 温度分布 场提取
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-20
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 现有甲烷化工艺技术9-12
• 1.3 国内外甲烷化技术研究进展12-15
• 1.3.1 甲烷化催化剂研究12-14
• 1.3.2 甲烷化工艺研究14-15
• 1.3.3 固定床甲烷化反应动力学研究15
• 1.4 甲烷化反应过程数值模拟进展15-17
• 1.5 课题研究对象、选题意义及研究内容17-20
• 1.5.1 课题研究对象17
• 1.5.2 选题意义17-19
• 1.5.3 研究内容19-20
• 第二章 固定床甲烷化反应过程的模型选择20-25
• 2.1 数学模型选择20-24
• 2.1.1 多孔介质模型20-22
• 2.1.2 k-k 模型22-23
• 2.1.3 热能模型23-24
• 2.2 ANSYS软件介绍24-25
• 第三章 甲烷化反应器模型建立及模拟结果分析25-52
• 3.1 基础数据的确定25-34
• 3.1.1 定压比热25-27
• 3.1.2 粘度计算和导热系数27-28
• 3.1.3 甲烷化反应体系中反应热的确定28-30
• 3.1.4 多孔介质孔隙率的确定30-31
• 3.1.5 反应动力学模型31-34
• 3.2 甲烷化反应器模型的建立及网格生成34-42
• 3.2.1 甲烷化反应器模型35-38
• 3.2.2 网格生成38-42
• 3.3 甲烷化反应器床层模拟计算42-50
• 3.3.2 边界条件及化学反应添加42-44
• 3.3.3 甲烷化反应模拟结果验证44-46
• 3.3.4 模拟结果提取及分析46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 改变甲烷化催化床层结构的影响52-62
• 4.1 第二段催化层出.形状改变52-54
• 4.2 等径处理54-55
• 4.3 第二段催化剂层分段处理55-57
• 4.4 延长催化层出.段等径部分57-58
• 4.5 改变长径比58-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 甲烷化反应器反应情况的影响因素62-72
• 5.1 反应器进.温度影响62-65
• 5.2 空速的影响65-69
• 5.3 入口压力的影响69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 甲烷化反应器结构分析72-85
• 6.1 甲烷化反应器热分析72-79
• 6.1.1 热应力理论基础72-73
• 6.1.2 基于Workbench的热分析过程73-79
• 6.2 热-力耦合计算及结果分析79-84
• 6.2.1 甲烷化反应器设计参数80
• 6.2.2 甲烷化反应器热力耦合分析过程80-82
• 6.2.3 耦合应力计算结果分析82-84
• 6.3 本章小结84-85
• 第七章 结论与展望85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 在读期间发表论文情况91-92
• 致谢92-93

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