流化数对加压流化床煤催化加氢气化过程影响的数值模拟
韩群亮1
张印2
夏梓洪2
谷小虎1
严帅3
曲旋4
1.中国平煤神马集团,河南平顶山 4670002.华东理工大学能源化工系,上海 2002373.宁波工程学院材料与化学工程学院,浙江宁波 3152114.中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室,山西太原 030001
摘要：加压流化床煤催化加氢气化技术因其高碳转化率和甲烷产率,在煤制天然气领域展现出广阔的应用前景.流化数作为影响流化床气化炉性能的关键参数,通过调控床层内颗粒运动混合及气固传质传热过程,对气化炉温度分布、碳转化率、甲烷产率具有重要影响.然而,目前关于流化数的系统性研究较为匮乏,深入揭示其对气化"三传一反"过程的作用机制对工艺参数优化和反应器设计具有重要意义.基于计算流体力学模拟,采用多相质点网格模型(MP-PIC),系统研究了 2.0、3.5、5.0、8.0四种流化数对催化加氢气化的影响规律.研究发现,较低流化数条件下生成的气泡尺寸较小,可有效提升碳-氢传质效率,强化气化反应过程,提高床层热点温度.2.0倍流化数工况的热点峰值温度可达1 555 K,超过了煤灰的熔融温度.流化数的增加促进了颗粒在床内的运动扩散,导致热点温度分散下降,其余流化数工况下的最高温度均在1 300 K以下.在综合考虑反应强化与热点控制的基础上,3.5倍的流化数是较佳选择.此外,还追踪了不同粒径的代表性颗粒,通过分析它们的运动轨迹、温度演变及反应性,发现初始直径为196 μm的颗粒在高温区与小气泡强化传质区域的协同作用下,展现出最佳的加氢反应特性.过大或者过小的颗粒会因堆积在床层底部或者被夹带至稀相区而影响其反应性.相应结果可以为流化床煤气化炉的设计和优化提供理论指导.
关键词：催化加氢气化加压流化床数值模拟流化数粒径分布
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(21908062)国家自然科学基金(22308170)国家重点研发计划(2024YFB4105200)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-23（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 147-157 )
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