兴和煤热解与甲烷水蒸气重整耦合过程研究的任务书.docx

兴和煤热解与甲烷水蒸气重整耦合过程研究的任务书
一、任务背景及意义
随着世界经济的发展和人口的增加，对能源资源的需求也在逐年增加。而煤是我国主要的能源来源之一，其储量丰富、价格低廉、利用方便。但是，煤的利用与环境保护之间的矛盾日益凸显，如何有效地利用煤并减少对环境的污染成为了当下亟待解决的问题。
其中，煤热解和甲烷水蒸气重整具有很好的应用前景。煤热解可以将煤中的有机物分解为液态和气态产品，在一定条件下可以得到可用于化工行业的高附加值化学品。甲烷水蒸气重整可以将甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应生成氢气和一氧化碳。两种技术的结合可以实现煤的高效转化和能源利用。此外，还可以利用这种方法制备氢气作为锅炉燃料，其燃烧产生的废气中的氧化物和二氧化碳的排放量也比较低。
因此，本研究旨在深入探讨兴和煤热解与甲烷水蒸气重整耦合过程，旨在提高利用效率，减少污染排放，具有重要意义。
二、任务目标
1.研究兴和煤热解过程中的液态和气态产品的特性，编制煤的成分和产物的质量平衡计算表；
2.研究甲烷水蒸气重整反应机理，确定反应过程的关键参数，确定最优反应条件；
3.利用Lagrange插值法对反应过程中产生的氢气和一氧化碳进行数值计算和模拟，得到产物的组成与产量；
4.利用计算流体力学（CFD）模型进行优化设计，优化反应器的结构参数；
5.对提取的氢气进行化学分析，确定其纯度；
6.建立物质和能量的传递、转化及反应控制方程组模型，进行过程模拟，验证数值计算结果的有效性。
三、任务内容
1.煤的成分分析和热解实验：对兴和煤进行元素分析、热重分析和红外光谱分析，获取煤的成分及结构信息，开展煤热解实验，测得产品产率及组成。
2.甲烷水蒸气重整反应实验：搭建实验系统，以甲烷和水蒸气为原料，使用催化剂进行重整反应，计算得到产生的氢气和一氧化碳的量。
3.数值计算和模拟：利用Lagrange插值法对反应过程中产生的氢气和一氧化碳进行数值计算和模拟，得到产物的组成与产量。
4.反应器结构参数优化：建立反应器的CFD模型，通过模拟考察反应器内流场情况，优化反应器的结构参数，最大化反应效率。
5.化学分析：对提取的氢气进行化学分析，通过GC等手段确定其纯度。
6.模型建立和过程模拟：以物质和能量的传递、转化及反应控制方程组为基础，建立模型对整个耦合过程进行模拟。
四、预期成果
1.兴和煤的成分分析和热解实验数据，煤的成分及结构信息，煤热解实验得到的产品产率及组成数据。
2.甲烷水蒸气重整反应实验数据，得到反应产生的氢气和一氧化碳量的数据。
3.数值计算和模拟结果，得到产物的组成及产量等数据。
4.反应器结构参数优化模型及优化结果。
5.提取的氢气化学分析结果。
6.建立的模型，对整个耦合过程进行模拟分析，得到合理的优化方案及相关的结果报告。
以上成果的实现将对兴和煤的煤化工产业的发展和环境保护产生深远的影响，也将为煤的高效转化及生产提供科学依据和技术支撑。