等离子体射流裂解甲烷制乙炔的数值模拟

针对漏斗形射流反应器中热等离子体法裂解天然气制乙炔的过程进行研究.采用k-ε双方程模型对体系中的传递过程进行模拟,并通过甲烷裂解系列反应的宏观动力学模型对反应过程进行耦合.运用CFD方法进行数值求解,得到了反应器内的速度场、浓度场、温度场和反应速率分布.研究结果表明, 漏斗形结构有利于反应器中温度和浓度的良好混合,使得甲烷充分反应;甲烷与乙烯的裂解反应主要沿温度混合面进行,炭黑浓度则沿反应器轴向逐渐增多.对应于本反应器,在等离子体发生器功率为100 kW,甲烷体积流量为10 m³·h^-1时,甲烷转化率和乙炔收率同时达到最大.模拟结果与实验数据吻合较好,验证了模型与模拟结果的合理性.     

热等离子体裂解丙烷制乙炔数学模拟

为了对反应器的停留时间进行合理优化,将旋转弧等离子体反应器视为一维平推流反应器网络模型,结合裂解反应动力学模型与反应器流动模型,采用CHEMKIN-PRO对丙烷的裂解过程进行数值模拟,用于分析热等离子体反应器内丙烷的裂解过程中产物的浓度分布及温度分布情况。反应动力学模型分别采用均相反应动力学模型和非均相反应动力学模型。模拟结果表明,包含结焦模型的非均相反应动力学模型与实验结果表现出更好的一致性,随着反应器长度的增加,乙炔浓度存在最佳点。通过降低反应器的停留时间至1.0 ms以下,能有效提升C_2H_2收率。     

介质阻挡放电低温等离子体降解甲醛的化学反应动力学模拟

为探索介质阻挡放电低温等离子体降解甲醛的反应规律,利用Chemkin软件的Plasma-PFR模型,编制反应机理文件,进行化学反应动力学模拟。研究了甲醛初始浓度、含氧量、水含量、气体流速反应条件对甲醛降解率影响。通过模拟结果和实验结果的对比分析,论证了Plasma-PFR模型模拟介质阻挡放电低温等离子体降解甲醛的可行性。     

循环流化床合成气甲烷化过程模拟及影响因素分析

以甲烷化循环流化床反应器为研究对象,采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,耦合了甲烷化反应动力学模型,实现了甲烷化在循环流化床中的反应过程。将模拟结果同文献中的实验数据进行了对比验证,获得了反应器的内部流场、温度场以及组分浓度分布。数值模拟研究了不同操作条件对甲烷化特性的影响规律。结果表明:催化剂颗粒在反应器内的流化行为对反应影响显著,反应器提升管固体密相区是反应进行的主要区域;通过提高反应压力和H2/CO(物质的量之比),降低空速,可以提高CO转化率和CH4收率。     

等离子体裂解煤反应器内气固混合行为的三维模拟

采用FLUENT对2 MW和5 MW等离子体裂解煤反应器内气固混合行为进行了三维数值模拟.结果表明,2 MW反应器内的煤粉颗粒能够射入气流中心,气固两相混合均匀,而5 MW反应器内的煤粉颗粒不能穿透射流,主要集中在壁面附近,反应器放大效应明显,所得模拟结果与热态试验结果吻合较好.进而应用此模型对不同粒径和入射速度进行了模拟计算,结果表明适当地增大粒径和颗粒入射速度都有利于提高气固两相的混合效率.     

填充床中气体流动与气固反应的相互作用

对界面化学反应和粒内扩散联合控制的气固反应,考虑到反应造成的混合气体质量和密度的变化,研究了填充床中等温条件下的快速气固反应和气体运动的相互作用,建立了相应的数学模型.数值分析表明,按耦合分析和非耦合分析得到的混合气体速度完全不同;忽略反应造成的混合气体密度变化,相当于增加一个额外的源项或汇项,因此当反应气体与惰性气体摩尔质量相差较大时,不能忽略反应造成的混合气体密度变化;按耦合分析和非耦合分析得到的浓度场也有很大差别,反应气体浓度波(物质波)阵面的差别也很大;化学反应明显地阻滞反应气体浓度波的推进;当平均压力降和其他条件相同时,反应器越长波阵面推进的量纲1距离越短;反应活跃区的发展对速度场的影响极大.     

甲烷化反应器固定床层化学反应CFX模拟

针对煤制天然气甲烷化流程中的关键设备甲烷化第一反应器设备复杂强放热反应工艺条件,本文利用ANSYS CFX软件建立固定床层的多孔介质化学反应模型,按照达西定律并采用k?ε和k?ω双方程模型对固定床层复杂湍流流动、传热过程及反应过程,进行了跟踪模拟,得到了其多种气体组分温度分布,速度分布,压力分布及其组分浓度分布。研究结果表明ANSYS CFX软件在分析多孔介质化学反应模型方面的可行性,并为反应器的热力耦合分析、传热规律及反应器结构关系的研究及甲烷化反应器装置国产化开发奠定了坚实的基础,还为工厂设备维护、改造以及温度、流量控制提供了更多的理论指导。     

采用具有急冷功能的热等离子体反应器裂解二氧化碳

采用带有急冷功能的双阳极热等离子体放电反应器直接裂解CO_2制取CO。研究表明节流急冷可以非常有效地截断CO恢复生成CO_2的逆反应。在此基础上,分别考察了以Ar/CO_2、N_2/CO_2等混合气体作为等离子体放电气体的CO_2裂解行为。结果表明:同样的放电功率和气体进量下,N_2/CO_2具有更高的CO_2转化率和能量效率。     

双催化层固定床甲烷化反应器CFD模拟

温度分布直接影响着固定床甲烷化反应器的甲烷产量和设备安全性。以年产12.75亿立方煤制天然气绝热甲烷化反应器为研究对象,在建立真实设备三维模型的基础上,利用ANSYS-CFX有限元数值模拟的方法,建立多孔介质内化学反应、热交换与质量传递的气-固两相反应器模型,获得了双段固定床甲烷化反应器内部温度、压力、速度场的分布规律及甲烷产率分布。对不同床层结构对应的特征场分布进行了探索,分析了床层结构对各特征场分布的影响,确定了床层结构优化方案,MCR催化剂床层出口处支撑延长的结构更有利于温度场沿反应器径向的均匀分布和甲烷质量分数的提高。对反应器入口温度、空速、压力对特征参数分布的影响进行了研究,提出了针对本工艺的允许入口参数波动范围。     

石油化工过程计算流体力学模拟分析

介绍了如何运用计算流体力学(CFD)方法对石油化工中的催化裂化、催化重整和烃类裂解制乙烯等典型过程进行模拟研究。首先分析各过程的流动、传递和反应特征,然后基于CFD方法建立可准确描述反应器特性的数学模型,应用这些数学模型对工业反应器进行模拟分析,获得反应器内部详细的速度、温度和浓度分布,揭示这些过程中流动、传递与化学反应规律以及相互之间的耦合机制,指导工业生产过程的科学设计、问题诊断和操作优化。     

乙烯裂解炉石脑油裂解反应的数值模拟

以 SL-Ⅱ型乙烯裂解炉反应管为对象,结合烯烃厂裂解工艺参数,对管内石脑油裂解反应过程进行了模拟研究。裂解反应模型采用 Kumar 提出的分子反应模型,模拟得到了管内油气流速、温度、裂解产物的变化规律。结果表明,近壁层流层的存在使得管内油气径向速度、温度梯度较大,二维管内模型可以更全面地描述裂解反应过程。模拟得到的裂解产物收率与裂解炉的生产运行数据进行了比较,两者基本一致,验证了裂解反应模型的合理性。     

Fast pyrolysis of cellulose with reactive methane gas in a single-pulse shock tube

A shock tube technique was employed to study the fast pyrolysis of cellulose with methane under conditions of high temperature, high heating rate, short reaction time, and rapid quenching. The effects of temperature, methane atmosphere, and reaction time are investigated. Experiments were carried out at temperatures between 700 and 2200°C in 1% methane (diluted in argon), and comparisons in the yields of major gas products are made with the results obtained in pure argon atmosphere. The total gas yield decreased about 25–30% in methane. The principal gas products—carbon monoxide, carbon dioxide, and acetylene, except ethylene—were significantly decreased in methane as compared to the yields in pure argon. An increase of about 25% in ethylene yield in methane over argon was observed. The onset of the decomposition of cellulose and the evolution of major pyrolysis products were changed with the reaction times, which also affected the amplitude and the distribution of the pyrolysis products. © 1994 John Wiley & Sons, Inc.     

提高等离子体裂解煤制乙炔收率的方案研究

将反应体系的温度升高到升华点以上 ,是提高等离子体裂解煤制乙炔收率的必由之路 .采用最小自由能方法研究了煤的 C- H- O热力学平衡体系 ,在此基础上提出了一种以煤层气甲烷为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案 ,初始反应体系的温度在 40 0 0 K以上 .理论的计算和分析结果表明 ,这种方案可获得较高的乙炔收率 ,而单位质量乙炔的比能耗很低 ,具有很好的经济效益和环境效益 .     

煤在H2/Ar电弧等离子体中的热解

煤在电弧等离子体中的化学反应极其复杂 ,受到多种因素的影响和制约 .对宝德煤在电弧等离子体射流中热解反应的研究表明 ,随着煤比焓的增加 ,煤的转化率增加 ;随着煤在射流中的浓度增加乙炔的产量增加但乙炔的收率却在减小 .提出了煤在电弧等离子体射流的化学反应机理模型 ,并进行了数学推导 ,合理解释了实验现象 ,证明了该机理模型的合理性     

裂解煤制乙炔的热等离子体发生器概述

热等离子体具有高温、高焓值和高反应活性等优点,可以用于裂解煤制取乙炔的工艺中。目前已运行的一些等离子体裂解煤制乙炔装置已经达到了中试规模。在此工艺流程中等离子体发生器是核心。介绍了一些裂解煤制乙炔工艺常见的热等离子体发生器,主要是电弧等离子体发生器,其中着重介绍各种类型的直流电弧等离子体发生器,包括直线式、同轴式和V型等离子体发生器。简述了多孔阳极等离子体发生器以及煤制乙炔等离子体发生器所面临的一些问题。     

Experimental and numerical investigation on the pyrolysis of single coarse lignite particles

This paper reports on the mathematical modeling of the pyrolysis of single coarse lignite particles using a kinetics model coupled with a heat transfer model. The parallel reaction kinetics model of the lignite pyrolysis makes no assumptions about the activation energy distribution and the conversion of sub-reactions. The pyrolysis kinetics parameters were obtained on the basis of experimental data from thermogravimetric analysis (TGA) tests. The heat transfer model includes diffusive, convective and radiative heat transfer modes. The experimental investigations were carried out for single lignite particles in an electrically heated reactor. Measurements of the temperature and mass loss were performed during the pyrolysis in a nitrogen atmosphere. The model predictions for the temperature and mass loss histories agree well with the experimental data, verifying that the mathematical model accurately evaluates the pyrolysis of lignite particles. The effects of temperature and particle size on the pyrolysis time and final residual mass fraction were evaluated using the numerical model.     

Pyrolysis of methane in the presence of hydrogen

The kinetics of methane pyrolysis were studied in a tubular flow reactor in the temperature range 1200 to 1500°C at atmospheric pressure. To avoid excessive carbon formation the reaction time was short and the methane feed was diluted with hydrogen. Ethene, ethyne, benzene and hydrogen were the main gaseous products. Ethane was observed as a product at very low conversions of methane. More than 90% selectivity was obtained for C₂ products. The ratio of ethyne to ethene increased with increasing temperature. The yield of C₂ products is limited by gas-phase equilibrium at lower temperatures. Formation of carbon was strongly depressed by hydrogen at higher temperatures. The maximum yield of ethyne was found to increase from about 10% to about 50% when the temperature was increased from 1200 to 1500°C, with hydrogen dilution H₂: CH₄ = 2: 1. A mechanistic reaction model was used to simulate the pyrolysis of methane at the actual conditions. A sensitivity analysis was performed to evaluate the elementary reactions which influence the formation and consumption of the species in the model system.     

TRANSFER PLASMAS DESTROY PCB FLUIDS

High voltage, ac transfer arcs were used as a reaction zone to destroy polychlorinated biphenyls dissolved in transformer fluid. The extremely high temperature of the arc is of sufficient magnitude that it destroys both the PCB's and the oil in which the PCB's are dissolved.

Although fast pyrolysis is the major destructive mechanism, several other features of the process are unique. For example, the transfer arc discharge is submerged. The arc is created beneath the surface of the transformer oil at a water interface. Furthermore, the water phase is part of the electrical circuit; but it also participates in the reaction chemistry of the plasma arc. Water vapor created by the discharge reacts with the carbon and acetylene formed by pyrolysis to produce hydrogen and carbon monoxide. This retards carbon buildup within the system.

The presence of the water phase also provides a convenient adsorption medium for acid gases (HC1) which are formed by pyrolysis of the PCB's, These gases are infinitely more soluble in the water phase than they are in the transformer oil through which they would have to pass to escape the submerged reaction zone. As a result, this new technology provides a convenient small-scale destruction for oils contaminated with PCB     

等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔

利用200kW的中试装置,在常压下研究了天然气在氮热等离子体中的裂解行为,考察了输入功率、甲烷流量以及CH4/N2摩尔比对反应的影响。结果表明:天然气在氮热等离子体中发生了强烈的分解反应,生成大量炭黑和C2烃;CH4/N2摩尔比为0.4,输入功率120kW时,炭黑的收率为42.0%,甲烷的最大转化率为97.1%;所制得的炭黑平均粒径38nm,分布范围狭窄,炭黑的DBP吸收值1.40mL/g,是一种高结构性炭黑;红外光谱分析发现炭黑中存在芳香C—C键及大量氮基官能团如—NH、—CN等,以及—CH,—OH,—COOH等。