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固定床反应器甲醇制烯烃反应过程的CFD模拟

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高校化学工程学报 2016年第5期30卷 1095-1103页

作者：俞路刘响宋小沫潘娜娜潘艳秋大连理工大学化工学院辽宁大连116024

基于工业甲醇制烯烃反应过程,建立固定床反应器一维拟均相模型,采用集总动力学模型及FLUENT中的多孔介质传递模型、S-A单方程湍流模型进行反应过程的稳态模拟,在验证模型可靠性的基础上,考察操作参数（进料温度、操作压力、进料水醇比... 详细信息

基于工业甲醇制烯烃反应过程,建立固定床反应器一维拟均相模型,采用集总动力学模型及FLUENT中的多孔介质传递模型、S-A单方程湍流模型进行反应过程的稳态模拟,在验证模型可靠性的基础上,考察操作参数（进料温度、操作压力、进料水醇比）对甲醇转化率、产物选择性和烯烃摩尔比的影响,得到温度、组成、选择性等参数沿反应管轴向分布的规律。结果表明：操作条件影响甲醇转化率和产物选择性,较合适的操作条件是进料温度723-773 K、操作压力0.3-0.4 MPa、水醇比低于0.5。该研究结果对于甲醇固定床反应过程的研究及工业操作有良好的指导意义。

关键词：甲醇制烯烃固定床反应器模拟优化集总动力学模型 FLUENT

列管固定床反应器内CO氧化偶联制草酸二甲酯反应模拟及优化

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化工学报 2022年第1期73卷 284-293页

作者：毛文发郑赛男骆念军周静红曹约强周兴贵华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237 上海浦景化工技术股份有限公司上海201102

针对列管式固定床反应器中的单根反应管,采用在接近工业条件下获得的CO氧化偶联制草酸二甲酯动力学方程,建立了一维、二维拟均相模型,并与单管实验结果进行了对比,结果表明一维拟均相反应器模型更能准确描述单管反应器内的CO偶联反应。... 详细信息

针对列管式固定床反应器中的单根反应管,采用在接近工业条件下获得的CO氧化偶联制草酸二甲酯动力学方程,建立了一维、二维拟均相模型,并与单管实验结果进行了对比,结果表明一维拟均相反应器模型更能准确描述单管反应器内的CO偶联反应。进一步利用一维拟均相模型模拟计算了操作参数对床层热点温度、反应转化率、产物选择性及床层压降的影响,分析了反应器热点温度对操作参数的敏感性。计算结果表明:冷却介质温度对反应管热点温度、亚硝酸甲酯转化率有较大影响,是需要严格控制的工艺指标;较低的空速容易引起反应器飞温;反应器进口压力、原料气进料温度和反应物组成在计算范围内对反应器热点温度影响相对较小。为了提高偶联反应器的负荷和强化床层内的传热效果,可以将进料空速提高至4000 h^(-1),同时,可以通过将反应器进口压力增大至500 kPa来降低压缩机能耗。研究结果可为现有列管式CO氧化偶联反应器的改进和工艺优化提供参考。

关键词：草酸二甲酯氧化偶联一维拟均相模型固定床反应器参数敏感性

固定床反应器中氧气气化城市生活垃圾(英文)

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2014年第9期22卷 1021-1026页

作者：牛淼淼黄亚继金保昇王昕晔 Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education School of Energy and EnvironmentSoutheast University

Four waste materials, paper, wood, textile and kitchen garbage, in municipal solid waste were gasified separately with oxygen in a fixed bed reactor. The yields of products char, tar and gas, the composition of gas components H2, CO, CO2 and CH4, and the lower heating value(LHV) were examined at temperatures between 700 and 900 °C and equivalence ratio(ER) between 0.14 and 0.32. Characteristics of gas evolution during gasification were investigated. Results show that a higher temperature improves the formation of H2 and CO while lowers the yield of CO2 and CH4. The LHV of syngas increases with temperature and varies in the range of 6–10 MJ·m-3, reaching the maximum at 800 °C or above. As ER increases, both combustible gas component and LHV of syngas decrease while the yield of CO2 rises linearly. The appropriate ER for obtaining high quality gas is in the range of 0.18–0.23.Temperature and ER have significant effects on the product distribution. Higher temperature and ER are favorable for higher gas yield and lower yield of char and tar in the gasification of textile and kitchen garbage. At 800 °C, the gas evolution may be divided into two regions. In the first region, the flow rate of gas increases and then decreases rapidly, while in the second region the flow rate decreases monotonically to lower level.

关键词：固定床煤气化城市固体废弃物气体成分氧化炉内固定床反应器餐厨垃圾演化特征

固定床反应器上挤条小晶粒TS-1催化丙烯环氧化反应(英文)

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物理化学学报 2013年第1期29卷 183-190页

作者：左轶宋万仓王梦丽徐永海王祥生郭新闻大连理工大学化工与环境生命学部催化化学与工程系精细化工国家重点实验室辽宁大连116024

采用纳米TS-1母液作为晶种,在四丙基溴化铵(TPABr)-乙胺廉价水热体系中,合成出晶粒尺寸为600nm×400nm×250nm的小晶粒钛硅分子筛(TS-1),用挤条法将其成型,得到的挤条小晶粒TS-1被用于催化固定床反应器中的丙烯环氧化反应.采用X射线衍射... 详细信息

采用纳米TS-1母液作为晶种,在四丙基溴化铵(TPABr)-乙胺廉价水热体系中,合成出晶粒尺寸为600nm×400nm×250nm的小晶粒钛硅分子筛(TS-1),用挤条法将其成型,得到的挤条小晶粒TS-1被用于催化固定床反应器中的丙烯环氧化反应.采用X射线衍射(XRD)光谱,傅里叶变换红外(FTIR)光谱,紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱及氮气物理吸附对挤条成型的小晶粒TS-1进行表征,并对丙烯环氧化的最优反应条件进行考察.其中所考察的条件包括:反应温度,压力,丙烯/H2O2摩尔比(n(C3H6)/n(H2O2)),丙烯、甲醇及H2O2的质量空速(WHSV)以及NH3·H2O浓度.在所考察的范围内,温度对环氧丙烷(PO)收率的影响较小,当反应压力为2.0MPa,n(C3H6)/n(H2O2)为4时,可以得到最高的PO收率.当丙烯、甲醇及H2O2的空速分别为0.93、2.5及0.25h-1时,PO在产物中的含量最高.较低的NH3·H2O浓度对高PO收率更有利.在优化的反应条件下,对比不同晶粒大小TS-1的催化性能,并考察了挤条小晶粒TS-1的长期运转性能,连续反应1000h,H2O2转化率及PO选择性仍能维持在95%以上.

关键词：丙烯环氧化 TS-1 H2O2 反应条件表征固定床反应器

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固定床反应器场分布计算机模拟研究进展

天然气化工—C1化学与化工 2017年第3期42卷 124-130页

作者：马涛张亚新新疆大学化学化工学院新疆煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室新疆乌鲁木齐830049

固定床内的局部流动和传热过程直接影响反应产率和反应器结构安全,对于固定床反应器内部反应特征研究一直是一个颇具挑战性的问题。实测法和数学模拟的方法广泛应用于该类反应器内部压力场、温度场以及流动特性等场分布的研究。本文综... 详细信息

固定床内的局部流动和传热过程直接影响反应产率和反应器结构安全,对于固定床反应器内部反应特征研究一直是一个颇具挑战性的问题。实测法和数学模拟的方法广泛应用于该类反应器内部压力场、温度场以及流动特性等场分布的研究。本文综述分析了固定床反应器内部场分布计算机模拟研究进展,从宏观尺度、介尺度、微尺度对研究内容和研究方法进行探讨,对该方面的后续研究做了展望。

关键词：固定床反应器场分布研究进展计算机模拟

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固定床反应器床层压差激增原因分析研究

现代化工 2015年第10期35卷 149-151页

作者：魏旭礼张伟雍晓静廖祖维冯翔神华宁夏煤业集团煤化工公司宁夏银川750411 浙江大学化学工程联合国家重点实验室浙江杭州310000

针对MTP固定床反应器床层压差激增的现象,分别以空隙率不同的新鲜MTP催化剂和破碎催化剂为实验对象,考察气体流速与床层压差的关系。结果表明,床层压差与气体流速的平方呈正比,且与催化剂的空隙率密切相关。反应器下线检修发现,装填催... 详细信息

针对MTP固定床反应器床层压差激增的现象,分别以空隙率不同的新鲜MTP催化剂和破碎催化剂为实验对象,考察气体流速与床层压差的关系。结果表明,床层压差与气体流速的平方呈正比,且与催化剂的空隙率密切相关。反应器下线检修发现,装填催化剂的格栅脱落造成两级催化剂床层短接,反应物料流速急剧增高,且部分催化剂破碎严重。证实了反应器床层压差激增是气体流速变大和催化剂空隙率下降两方面共同作用的结果。

关键词：固定床反应器催化剂压差激增

固定床反应器颗粒床层内流体流动特性及工程应用研究

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固定床反应器颗粒床层内流体流动特性及工程应用研究

作者：朱梓瑞常州大学

学位级别：硕士

固定床反应器是一种吸附分离设备,其具有返混小、分离效率高、颗粒催化剂磨损低以及结构简单使用寿命长等优点,应用在催化裂解、气体吸附等多种化工生产过程中。固定床反应器吸附过程中,存在装填不均匀、局部架桥和颗粒催化剂使用不完... 详细信息

固定床反应器是一种吸附分离设备,其具有返混小、分离效率高、颗粒催化剂磨损低以及结构简单使用寿命长等优点,应用在催化裂解、气体吸附等多种化工生产过程中。固定床反应器吸附过程中,存在装填不均匀、局部架桥和颗粒催化剂使用不完全等问题所引发的床层内流体分布不均匀和床层径向压差较大等不利于催化剂吸附的情况。长时间运行会导致设备破损和床层局部“飞温”等问题,引发气体泄漏与爆炸。本文以固定床反应器内柱状颗粒床层为研究对象,采用DEM离散单元法和CFD计算流体力学联合仿真对床层内部流体流动特性进行模拟与实验研究,优化固定床反应器吸附过程应用设计。主要内容如下:1.通过离散单元软件DEM2.7对固定床反应器床层堆积结构进行模拟研究。结果表明:柱状颗粒床层空隙率总体大于球形颗粒,随管径比D/d逐渐增大,床层空隙率逐渐减小并趋于稳定,当管径比大于12.75时,可忽略颗粒形状对床层堆积结构的影响,并由实验结果拟合关于管径比D/d与床层空隙率e之间的关系式。另外,混合装填方式比单一装填方式更容易达到稳定堆积状态,对应的最大装填速度分别为2m/s和5m/s。2.采用CFD-DEM联合仿真方法,对固定床反应器内不同颗粒床层堆积结构的流体流动特性进行研究。结果表明:当床层管径比D/d大于12.75,采用两种颗粒混合装填以及提高床层堆积密度均可以改善流体分布均匀性和减小壁面效应影响范围。其中,相同条件下,混合装填方式的壁面效应影响的最小范围为管壁附近2mm。另外,当流体雷诺数R小于178时,流体呈低速渗流状态;当流体雷诺数R大于890时,床内流体扰动较大,分布均匀性逐渐降低。同时,以实验验证数值模拟可靠性基础上,拟合得到适用于管径比D/d等于12.75,流体雷诺数小于2670的柱状颗粒堆积床的压降计算公式。3.通过多孔介质模型对固定床反应器进行工程应用研究。结果表明:多孔介质模型对于较大级别的固定床反应器研究具有可靠且高效的优势。同时,柱状颗粒床层在管径比D/d小于16.6范围内不可以忽略壁面效应对流体流动的影响。另外发现,低颗粒雷诺数时,床层压降与颗粒雷诺数呈直线关系;高颗粒雷诺数时,床层压降与颗粒雷诺数呈二次曲线关系。并根据床层压降随床层空隙率的变化曲线,得到床层压降与空隙率之间的关系式,其适用条件为颗粒雷诺数小于875,多孔介质高度为3000mm的柱状颗粒吸附床堆积结构。

关键词：固定床反应器床层堆积结构柱状颗粒 CFD-DEM联合仿真多孔介质模型

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固定床反应器催化剂装剂方法与展望

石油化工设备技术 2023年第4期44卷 62-66,I0004页

作者：王雨新李明王佳楠中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045

催化剂作为影响化学反应的重要媒介,在全球各行各业广泛使用,其装填质量的好坏更是直接影响生产装置的技术经济指标和催化效果。近年来,固定床反应器广泛用于石油化学工业中的气-固相反应和液-固相反应过程,其催化剂装填质量直接影响着... 详细信息

催化剂作为影响化学反应的重要媒介,在全球各行各业广泛使用,其装填质量的好坏更是直接影响生产装置的技术经济指标和催化效果。近年来,固定床反应器广泛用于石油化学工业中的气-固相反应和液-固相反应过程,其催化剂装填质量直接影响着装置长周期平稳运行及催化剂的使用寿命。文章针对固定床反应器催化剂装填采用的人工装填、密相装填、机械装填、智能装填等方法进行总结梳理,分析不同方法的优势与弊端,并根据分析结果及当前趋势提出对催化剂装填设备进行改进以提升催化剂装填质量的对策与建议,为实现固定床催化剂智能化装填提供一定理论基础。

关键词：固定床反应器催化剂装填传统装填智能装填

固定床反应器中松针Fe-Ni/Mg催化热解制备富氢合成气的实验特性研究

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固定床反应器中松针Fe-Ni/Mg催化热解制备富氢合成气的实验特性研...

作者：张旭云南大学

学位级别：硕士

化石燃料在人类毫无节制的使用和大规模的开发下,能源枯竭与日益严重的环境污染已经逐渐显露出对人类社会和脆弱的生态系统巨大的危害。生物质由于具有廉价易得、储量丰富、清洁环保、分布广泛、可再生、碳中性的特点受到了国内外专家... 详细信息

化石燃料在人类毫无节制的使用和大规模的开发下,能源枯竭与日益严重的环境污染已经逐渐显露出对人类社会和脆弱的生态系统巨大的危害。生物质由于具有廉价易得、储量丰富、清洁环保、分布广泛、可再生、碳中性的特点受到了国内外专家学者的青睐。本课题采用松针为原料,通过负载Fe、Ni、Fe-Ni、Fe-Ni/Mg催化剂对松针进行催化热解实验,主要内容和结果如下:(1)热解温度的升高,有利于生物质合成气产率的增长,750°C时气体产率达到了24.44 wt.%,H和CO的产率分别达到了46.48 m L/g和63.25 m L/g。(2)Fe、Ni和Fe-Ni催化剂都能提高生物质合成气的产率以及H、CO的产率,Fe的负载量为12 wt.%时,生物质合成气产率为30.18 wt.%,H和CO的产率分别达到了88.56 m L/g和67.67 m L/g。Ni负载量为8 wt.%时,H的产率达到了最大值101.21 m L/g。Fe,Ni的摩尔质量为1:2时,气体产率和H产率达到最大,分别为29.68 wt.%和100.84 m L/g。(3)Mg有助于3Fe1Ni(Fe、Ni的摩尔质量比为3:1,Fe、Ni的总负载量为生物质质量的8%)催化剂的催化效果的提升,Mg负载量为0.2 wt.%时,气体产率为34.38 wt.%,H和CO的产率分别为123.94 m L/g和86.83 m L/g。Mg负载量为5 wt.%时,气体产率为34.43 wt.%,H和CO的产率分别为132.37 m L/g和86.84m L/g。(4)升温速率的提高,可以,提高气体产率和H、CO,降低水和生物质焦的产率。CFP750(升温速率约为100°C/min,热解温度750°C)中,气体产率达到了35.54 wt.%,H和CO产率分别为155.41 m L/g和107.65 m L/g,水和生物质焦的产率分别为21.78 wt.%和25.70 wt.%。CSP750(升温速率为10°C/min,热解温度750°C)中,气体产率达到了34.27 wt.%,H和CO产率分别为120.98 m L/g和86.86 m L/g,水和生物质焦的产率分别为28.41 wt.%和26.53 wt.%。(5)结合XRD,H-TPR,NH-TPD,CO-TPD,FT-IR等表征结果的分析再结合实验结果,提出了纤维素、半纤维素和木质素的催化热解的可能机理,小分子(HO、CH)催化重整的可能机理和FeO、Ni O的晶格O转移的可能机理。

关键词：催化热解固定床反应器铁催化剂镍催化剂镁促进剂