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《华东理工大学》 2011年
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固定床传热研究及费托合成固定床反应器的数学模拟

吴建民  
【摘要】:能源是人类生存和发展不可或缺的,是关系到国计民生的重要资源,特别是液体燃料,它是国家经济发展的命脉及社会安全的保障。我国是一个石油较少、天然气含量较丰富、而煤炭资源丰富的国家,发展以煤为原料(CTL)和以天然气为原料费托合成油(GTL)技术,实现煤的洁净利用和天然气的优化深度利用,对缓解我国石油供需矛盾起了至关重要的作用。中国石化集团公司在镇海炼化建设了3000吨/年合成油中试装置,中石化镇海炼化公司、宁波工程公司、华东理工大学等共同承担了项目研究。本论文是对上述项目的费托合成固定床的传热以及反应器的二维数学模拟进行研究。 应用DRL-Ⅱ导热系数测量仪在常压及170-265℃范围内对钴基催化剂的导热系数进行了研究。考察了粉末颗粒大小、催化剂试样的密度、空隙率、平行度、不平整度及湿度等因素对催化剂导热系数测量结果的影响。根据Woodside传热模型,计算了反应条件下费托合成钴基催化剂的有效导热系数,考察了反应温度、压力及混合气体组成对钴基催化剂有效导热系数的影响。结果表明:通过实验获得的钴基催化剂的导热系数与温度呈线性关系;在实验范围内,催化剂试样的导热系数随着密度的增大而增大,随着空隙率的增大而减小;在粒径为41-98×10-6m(150-360目)的范围内,粉末颗粒的大小对导热系数的影响不大;试样的平行度、不平整度以及湿度对导热系数的测量结果均有显著影响;反应条件下,钴基催化剂的有效导热系数均随温度和压力的升高而升高,而混合气体组成的变化对其没什么影响。 建立了测定气体处于静态时固定床有效导热系数的实验装置,在165~265℃温度范围内及常压条件下,利用稳态法研究了气体处于静态时钴基催化剂固定床的有效导热系数,且分别测定了在N2、H2及He气体氛围中钴基催化剂固定床的有效导热系数。根据稳态法理论,获得了气体处于静态时固定床有效导热系数与催化剂固体的导热系数、气体导热系数之间的关联式,与前人提出的预测气体处于静态时固定床有效导热系数模型进行了比较。结果表明:实验数据与关联式拟合结果的最大偏差和标准偏差分别为1.74%和0.43%,均小于5%;Kunii等提出的能够较为准确地预测气体处于静态时固定床有效导热系数的模型计算值与实验值吻合最好,最大偏差为4.28%,平均偏差为2.77%,;且在不同气体氛围中,λe0,airλe0,N2λe0,Heλe0,H2。 建立了测定气体流动时钴基催化剂固定床传热参数的实验装置,并以二维拟均相传热模型进行模拟,利用正交配置法及Levenberg-Marquardt法对钴基催化剂固定床的径向有效导热系数和壁给热系数进行了求解。将得到的传热参数与雷诺数相关联,并与通过气体处于静态时固定床有效导热系数、Rep及Pr计算而得到的传热参数关联式进行了比较。结果表明:固定床径向有效导热系数和壁给热系数都与雷诺数Rep呈线性关系;在相同雷诺数Rep下,根据气体处于静态时固定床有效导热系数计算获得的气体流动时固定床径向有效导热系数与实验获得的气体流动时固定床径向有效导热系数的最大相对偏差的绝对值为5.59%,而壁给热系数的最大相对偏差的绝对值为7.10%,均小于15%。 利用固定床传热参数计算式,采用集总思想,将产物分为CH4、C3H8、C10H22及C22H44,基于费托合成钴基催化剂的CO消耗速率及碳链增长概率模型,建立了费托合成油固定床反应器的二维数学模型。利用正交配置法和布罗登法对反应器模型进行了求解,获得了反应器内的轴、径向床层温度分布和各组分的摩尔浓度分布。模拟结果显示,床层热点处的最大径向温度差不超过4℃,最大径向浓度差也很小,催化床温度分布、反应器出口组成、反应物的转化率以及油收率的模拟计算值与中试实验数据吻合良好,表明模型是适宜的。 通过对操作条件的模拟分析表明:随着床层进口温度从209.50℃升至224.50℃时,床层热点温度基本维持在215℃左右,床层温度保持平稳,CO和H2的转化率及油收率都稍有增加;随着压力从3.0MPa升至5.0MPa,床层热点温度从213.01℃升至219.44℃,CO和H2的转化率以及油收率都增大;随着沸腾水温度从199.4℃升到205.4℃,床层热点温度从213.08℃升至219.87℃,床层温度明显升高,反应物CO和H2的转化率增大,而油收率却降低;随着进口气量从3400Nm3/h增大到5950Nm3/h,热点温度从217.85℃降至214.10℃,反应物CO和H2的转化率及油收率明显降低;随着原料气H2与CO摩尔比从1.9增大到2.5,床层热点温度从214.89℃升至215.99℃,增幅不是很大,CO的转化率增大,油收率有所增加,而H2的转化率却降低。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ021.3

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【引证文献】
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1 蔡晨辰;核壳型氧化铝膜包覆活性炭催化材料的传热传质性能研究[D];浙江大学;2013年
【参考文献】
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1 王思睿;;我国能源状况与政策[J];财会通讯(综合版);2008年02期
2 王补宣,韩礼钟,王维城,焦芝林;同时测定热绝缘材料α和λ的常功率平面热源法[J];工程热物理学报;1980年01期
3 王补宣,韩礼钟,邓小雪,方肇洪;常功率平面热源法加热器热容量的影响[J];工程热物理学报;1983年01期
4 顾毓沁,朱德忠,朱丽梅,严俊良;激光加热的周期热流法测量薄膜的热扩散率[J];工程热物理学报;1993年02期
5 石勇;;费托合成反应器的进展[J];化工技术与开发;2008年05期
6 樊蓉蓉,甘霖,朱炳辰,徐懋生;异形多通孔催化剂工程研究(III)——12孔及24孔颗粒固定床传热参数测定[J];高校化学工程学报;2002年01期
7 朱葆琳,王学松;填充床层热之传导——床层之温度分布[J];化工学报;1957年01期
8 陈裕中,王金波,陈锦文;用正交配置技术估计固定床内的传热参数[J];化工学报;1990年02期
9 甘霖,徐懋生,朱炳辰;环柱形催化剂颗粒尺寸对填充床传热参数的影响[J];华东理工大学学报;2000年03期
10 范兆馨,杨运信,朱炳辰,房鼎业;乙烯基乙酸酯合成催化剂的有效导热系数和壁给热系数测定[J];华东理工大学学报;2003年01期
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1 牟文杰,吴舜英;拉伸作用对采用超临界CO_2发泡时气泡成核的影响[J];工程塑料应用;2004年05期
2 吴一平;施占华;李熙章;肖钟义;;热磨损表面温度的分析与测量[J];安徽工学院学报;1988年02期
3 汪玉静,李宝宗,国永敏;不饱和烃同系物凝聚型物理性质递变规律的数学描述[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2003年04期
4 王晓雪;张吉瑞;;碳八分离装置的工艺改进[J];北京服装学院学报;1991年01期
5 杜迎春,张吉瑞;沸石催化剂上苯与乙烯烷基化反应宏观动力学及反应器模拟[J];北京服装学院学报;2000年02期
6 徐容,左玉芬,刘春,王丽彦;塑料粘结炸药中的酸碱作用研究[J];火炸药学报;2001年04期
7 梁慧敏,张奇,白春华;混合燃料装填状态及结构特征分析[J];火炸药学报;2002年04期
8 杨班权;张坤;陈光南;罗耕星;肖京华;;涂层断裂韧性的声发射辅助拉伸测量方法[J];兵工学报;2008年04期
9 吴玉庭;朱建坤;张丽娜;马重芳;;高温熔盐的制备及实验研究[J];北京工业大学学报;2007年01期
10 席有民;余建祖;谢永奇;高红霞;;涡旋微槽内的单相强迫对流换热性能实验[J];北京航空航天大学学报;2009年03期
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1 于洋;米乐;王振红;于云;曹韫真;宋力昕;;耐高温多层隔热材料的研制与应用[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
2 李玉龙;郭亚洲;胡海涛;索涛;李娜;胡锐;;几种典型金属在高温下的动态力学性能测试[A];Hopkinson杆实验技术研讨会会议论文集[C];2007年
3 郑兴华;张璟;唐大伟;范学军;;谐波法航空煤油热物性测量研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
4 焦雯;黄海明;;导热系数对热传导的影响[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
5 边琳;李少鹏;葛锐;杨欢;;EXFEL低温恒温器静态热负荷分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第6册)[C];2009年
6 陈勇;方亮;张淑芳;董建新;高岭;;氮化铝薄膜改善LED散热性能的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
7 李志广;黄红军;万红敬;王晓梅;胡建伟;;相变材料十四酸热传导的研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
8 李志广;米伟娟;黄红军;胡建伟;;常温微胶囊相变材料的制备及其热力学性质的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
9 刘泗东;李新凤;崔学民;刘海锋;巢启;;地质聚合物基反射隔热涂料的研制及性能研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
10 俞梅娟;;丁氧基丙酸丁酯裂解条件研究[A];上海市化学化工学会2005年度学术年会论文摘要集[C];2005年
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1 周红军;芳烃型连续重整集总反应动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
2 栗伟;催化裂化过程建模与应用研究[D];浙江大学;2010年
3 邓明进;高性能反应烧结碳化硅陶瓷材料制备及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
4 谢文杰;碳氢燃料裂解与结焦研究[D];浙江大学;2009年
5 赵江鹏;天然气水合物钻控泥浆制冷系统及孔底冷冻机构传热数值模拟[D];吉林大学;2011年
6 王金伟;连杆/箱体主轴承座裂解槽脉冲激光加工数值模拟及试验研究[D];吉林大学;2011年
7 李金旺;环路热管多孔结构的毛细抽吸性能及其制备与优化[D];山东大学;2011年
8 陈莲芳;脱硝反应器流场与反应物混合模拟优化[D];山东大学;2011年
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1 魏巍;极低酸中稻壳水解特性及转化乙酰丙酸的实验研究[D];郑州大学;2010年
2 韩芳明;船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 汤红池;甲醇气相脱水制二甲醚的催化剂研究[D];华东理工大学;2011年
4 孙合胜;甲醇合成催化剂固定床错流传热研究[D];华东理工大学;2011年
5 詹雪新;合成气甲烷化反应器及其回路的模拟[D];华东理工大学;2011年
6 周捷;萃取与溶剂回收联合装置的开发研究[D];华东理工大学;2011年
7 王巧焕;萃取精馏过程溶剂筛选的分子设计方法研究[D];华东理工大学;2011年
8 周凝华;大型列管式固定床反应器管板与反应管焊接技术研究[D];华东理工大学;2010年
9 沈琛;甲醇脱水制二甲醚反应器数学模拟[D];华东理工大学;2011年
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1 张小塔;宋武林;胡木林;谢长生;郭连贵;;核壳结构纳米复合材料的研究进展[J];材料导报;2006年S2期
2 张忠进,郎敏;断电热线法测试材料导热系数的研究[J];东北电力学院学报;1995年04期
3 王补宣,韩礼钟,邓小雪,方肇洪;常功率平面热源法加热器热容量的影响[J];工程热物理学报;1983年01期
4 王补宣,王仁;含湿建筑材料的导热系数[J];工程热物理学报;1983年02期
5 奚同庚,严东生,郭景坤,茅志琼,倪鹤林;复合材料导热因子的理论分析及其导热性能的实验研究和预测[J];工程热物理学报;1983年02期
6 王补宣,江亿;利用热探针在现场同时测定松散介质α和λ的“加热-冷却法”[J];工程热物理学报;1985年03期
7 王补宣,虞维平;热线法同时测定含湿多孔介质导热系数和导温系数的实验技术[J];工程热物理学报;1986年04期
8 汪明球;杜仕国;闫军;崔海萍;李洪广;;纳米TiO_2/玻璃微珠复合耐磨涂层的制备及其分形特征[J];硅酸盐学报;2011年11期
9 彭子青;谌伟庆;马洪波;黄思富;石秋杰;;核壳结构纳米复合材料在催化中的应用[J];化工进展;2010年08期
10 徐龙龙;王绪根;张海洋;代斌;刘志勇;张清峰;;一种新型炭载体在乙炔氢氯化反应中的应用[J];化工进展;2011年03期
【二级参考文献】
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1 陈建刚,相宏伟,孙予罕;硅胶来源对费托合成用Co/SiO_2催化剂性能的影响[J];催化学报;2000年02期
2 银董红,李文怀,钟炳,彭少逸;中孔分子筛负载钴催化剂的制备及在费托合成中的催化性能[J];催化学报;2000年03期
3 代小平,余长春,沈师孔;助剂CeO_2对Co/Al_2O_3催化剂上F-T合成反应性能的影响[J];催化学报;2001年02期
4 高海燕,陈建刚,相宏伟,杨继礼,李永旺,孙予罕;Co/SiO_2催化剂合成重质烃的反应性能[J];催化学报;2001年02期
5 李强,代小平,徐继鹏,余长春,沈师孔;铈助剂对Co/SiO_2催化剂上费托合成反应性能的影响[J];催化学报;2001年05期
6 银董红,李文怀,钟炳,彭少逸;中孔分子筛HMS负载钴催化剂在费-托合成中的应用——载体HMS的孔径对钴基催化剂性能的影响[J];催化学报;2002年02期
7 赵红霞,陈建刚,孙予罕;载体焙烧温度对Co/ZrO_2催化剂催化F-T合成反应的影响[J];催化学报;2003年12期
8 徐东彦,李文钊,段洪敏,葛庆杰,徐恒泳;Pt,Ru和Pd助剂对F-T合成中Co/γ-Al_2O_3催化剂性能的影响[J];催化学报;2005年09期
9 石利红;李德宝;侯博;孙予罕;;有机改性二氧化硅及其负载钴催化剂的费托合成反应性能[J];催化学报;2007年11期
10 赵修仁,李云淑;多孔催化剂颗粒有效导热系数的动态法测定[J];大连工学院学报;1985年02期
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1 杨文书,房鼎业,相宏伟,李永旺;钍含量对Co/HMS催化剂结构和费托合成的影响[J];化学学报;2005年02期
2 ;一种进行低温费托合成反应的方法及其专用催化剂体系[J];化工进展;2009年05期
3 赵红霞,朱柘权,陈建刚,孙予罕;浸渍溶液pH值对Co/SiO_2催化剂催化F-T合成反应的影响[J];催化学报;2004年04期
4 王兴军,任海平,王辅臣,于遵宏;熔铁催化剂对费托合成反应的催化特性研究[J];华东理工大学学报;2004年05期
5 本刊编辑部;;我国煤制油实现重大突破[J];华北电力技术;2010年08期
6 ;萨索尔公司新型费托合成催化剂即将工业化[J];工业催化;2002年06期
7 钱伯章;;美国通过费托合成生产喷气燃料[J];炼油技术与工程;2008年11期
8 钱伯章;;采用传统的费托合成催化剂提高从CO_2制取高碳烃产率[J];精细石油化工进展;2009年12期
9 王逸凝,李永旺,赵玉龙,张碧江;固定床费托(FT)合成单颗粒催化剂模拟[J];化学反应工程与工艺;2000年02期
10 ;萨索尔公司由煤基费托合成烯烃生产高级醇类[J];工业催化;2003年09期
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1 庄绪军;钱炜鑫;应卫勇;房鼎业;;操作条件对费托合成反应的影响[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
2 石玉林;吕毅军;王鹏;常海;谢晶;程时富;常鸿雁;;神华低温浆态床费托合成铁系催化剂的研究开发[A];中国石油学会第六届石油炼制学术年会论文集[C];2010年
3 刘亚纯;贾丽涛;石利红;陈建刚;房克功;孙予罕;;费托合成钴催化剂的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
4 李猛;余长春;;钴基费托合成催化剂Al_2O_3载体改性研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
5 王月伦;侯博;陈建刚;孙予罕;;SBA-15孔径对费托合成钴基催化剂性能的影响[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
6 李宏平;傅钢;徐昕;;费托合成中CO插入机理的理论证据[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
7 丁宁;曾尚红;苏海全;杨海龙;;Co基费托合成催化剂载体的研究进展[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
8 石利红;李德宝;侯博;孙予罕;;焙烧温度对共沉淀Co-ZrO_2催化剂费托合成反应性能的影响[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
9 陈建武;李猛;余长春;李然家;代小平;;烘干温度对费托合成Co-Zr/Al_2O_3-SiO_2催化剂的影响[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
10 李德宝;王月伦;侯博;孙予罕;;FT合成选择性控制与新型钴基催化剂的研发[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年
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1 记者 李琮;我国掌握高温费托合成关键技术[N];中国化工报;2010年
2 孟晶;MTO工艺比费托合成油更具竞争力[N];中国化工报;2008年
3 孟晶;费托新工艺助煤制油绿色生产[N];中国化工报;2008年
4 许宇红;中国石化费托合成技术取得重大突破[N];中国石化报;2010年
5 李锋;南非金山大学为我研发煤炭液化新技术[N];人民日报;2007年
6 本报记者 周敢普;自主创新开拓煤制油产业[N];科技日报;2006年
7 和忍 陈伟立;天然气炼厂开辟炼油原料新途径[N];中国石化报;2005年
8 李欣;兖矿“煤变油”取得突破[N];中国矿业报;2005年
9 通讯员 毕成;“高温流化床费托合成技术”通过鉴定[N];科技日报;2010年
10 郑重;兖矿煤制油项目抢先热身[N];华夏时报;2008年
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1 鲁丰乐;费托合成催化剂反应动力学研究与反应器数学模拟[D];华东理工大学;2010年
2 钱炜鑫;钴基催化剂费托合成反应动力学及浆态床反应器数学模拟[D];华东理工大学;2011年
3 季福武;热液条件下CO_2与H_2反应产烃的实验研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2006年
4 唐浩东;熔铁催化剂超临界费托合成及超临界氨合成[D];浙江工业大学;2007年
5 熊建民;合成气制液体燃料F-T合成Co/AC催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
6 徐东彦;煤层甲烷经合成气制液态烃的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
7 王兆祥;生物油重整制氢/富氢合成气以及费托液体燃料的合成[D];中国科学技术大学;2007年
8 吴建民;固定床传热研究及费托合成固定床反应器的数学模拟[D];华东理工大学;2011年
9 周晓峰;费托反应高选择性合成汽油Co基催化剂制备与性能的研究[D];华东理工大学;2011年
10 张皓荐;Zr、K改性费托合成铁基催化剂的研究[D];华东理工大学;2012年
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1 白素丽;碳纳米管负载钴基催化剂费托合成反应性能的研究[D];天津大学;2012年
2 张玉玲;泡沫镍基整体式费托合成催化剂的制备[D];大连理工大学;2012年
3 林清武;Co/Silicalite-1整体式费托合成催化剂的制备[D];大连理工大学;2011年
4 王平;分子筛负载铁催化剂上的费托合成反应[D];厦门大学;2006年
5 杜永;稀土作助剂的钴系催化剂合成及费托反应性能评价[D];内蒙古大学;2008年
6 罗伟;Co-Fe费托合成催化剂的制备、表征及反应性能研究[D];煤炭科学研究总院;2009年
7 韩立军;费托合成煤油加氢异构制替代喷气燃料[D];天津大学;2012年
8 迟克彬;合成气制润滑油基础油联产优质柴油集成技术[D];大庆石油学院;2005年
9 郭志刚;油电联产系统模拟与特性分析[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
10 马云;纳米二氧化钛的合成、表征及其作为钴系催化剂载体的费托性能评价[D];内蒙古大学;2009年
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