甲醇制低碳烯烴(MTO)流化床反應(yīng)器的多尺度模擬.pdf

1、甲醇制低碳烯烴(MTO)是一個(gè)重要的煤化工過程。對于我國多煤少油的能源分布狀況，這一過程的研究有著重要的戰(zhàn)略意義。同時(shí)，MTO過程又是一個(gè)典型的氣固催化過程。這一過程的反應(yīng)器，尤其是流化床反應(yīng)器，其內(nèi)部多個(gè)尺度之間的相互作用對反應(yīng)器性能有著重要的影響。為了更精確地指導(dǎo)MTO流化床反應(yīng)器的工業(yè)放大，本文建立了完整的多尺度氣固模型來預(yù)測MTO流化床內(nèi)的多尺度效應(yīng)，同時(shí)采用CFD-DEM模型進(jìn)一步考察流化床反應(yīng)器的特性。
　　首先，我們

2、建立完整的介觀尺度單顆粒模型，并耦合MTO反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來分析單顆粒內(nèi)部的流場分布以及不同工況對它影響。模擬結(jié)果表明顆粒內(nèi)部參數(shù)的分布主要受到顆粒內(nèi)擴(kuò)散的制約，其中主要是顆粒內(nèi)部質(zhì)量傳遞的制約。因素分析的結(jié)果則表明顆粒內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)隨催化劑粒徑和操作溫度的增加而增加，隨催化劑平均孔徑的增加而減少。催化劑導(dǎo)熱系數(shù)對顆粒內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)的影響則不大。
　　接著，在上面的基礎(chǔ)上對單顆粒模型進(jìn)行簡化，并將其與歐拉雙流體模型耦合建立氣固流化床的多尺度模型

3、。模型耦合假設(shè)條件的驗(yàn)證，模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)值和實(shí)驗(yàn)值的比較，均表明上述多尺度模型是有效的。在此模型基礎(chǔ)上考察MTO流化床反應(yīng)器內(nèi)的多尺度影響。模擬結(jié)果表明顆粒內(nèi)擴(kuò)散確實(shí)存在，并對流化床內(nèi)部的流場產(chǎn)生了顯著影響，但由于流化床的自穩(wěn)定效應(yīng)，使其對反應(yīng)器出口處的產(chǎn)物分布影響不大。同時(shí)，也考察了不同催化劑粒徑下顆粒內(nèi)擴(kuò)散影響的大小及其對宏觀流場的影響，模擬結(jié)果表明粒徑最大時(shí)，顆粒內(nèi)擴(kuò)散影響最大。但由于粒徑變化對催化劑床層高度和顆粒內(nèi)擴(kuò)散的綜合影響