加压流化床中煤加氢气化过程的数值模拟研究的任务书.docx

加压流化床中煤加氢气化过程的数值模拟研究的任务书
一、选题背景
煤氢化是通过将煤直接转化为可用于燃料和化学品制造的气态或液态燃料的过程。由于煤资源的丰富性和相对低廉的价格，煤氢化是一种可以替代传统石油和天然气的能源资源。然而，煤氢化过程中会产生大量的污染物，对环境造成了严重的影响。为了减少煤氢化对环境的不良影响，需要进行对其过程的深入研究。
在气化过程中，煤与氢气混合并加热至一定温度下发生反应。在气化过程中，煤与氧气进行反应，并形成一系列气态组分。这些组分在高温高压的条件下会形成较为复杂的反应网络，给模拟煤氢化过程带来了挑战。
针对这一问题，本文选取加压流化床中煤加氢气化过程进行数值模拟研究，探究不同气化条件下的反应机理与气态产物分布规律。
二、研究目标
1.基于经典动力学理论和计算流体力学方法，建立加压流化床中煤加氢气化过程的数值模型。
2.运用该模型分别对不同的气化条件下的反应机理及气态产物分布进行分析，并对结果进行对比。
3.考虑流化床的物理特性和化学反应的特性，分析加压流化床气化技术的优缺点，并提出改进方案。
三、研究内容
1.煤氢化反应动力学理论的研究
首先通过回顾煤氢化反应动力学理论，分析煤与氢气反应的速率规律和反应过程，探究加压流化床煤氢化反应动力学机理。
2.加压流化床的建模
在建立数值模型之前，需要考虑加压流化床的物理特性和化学反应的特性。为了合理地描述加压流化床中的化学反应和物理过程，可以采用计算流体力学方法和反应热力学模型。这里我们以ANSYSFluent和ASPENPLUS为例，建立数值模型来模拟煤氢化过程。
3.分析煤氢化过程
通过建立的数值模型，分别模拟不同气化条件下煤的加氢气化过程，考察反应过程中产生的可能反应组分和反应路径。并对比分析不同气化条件下的反应机理及气态产物分布规律。
4.评价加压流化床气化技术
基于数值模拟的结果，结合加压流化床的物理特性和化学反应的特性，对加压流化床气化技术的优缺点进行评价。同时，提出改进方案，以提高技术的操作效率和降低对环境的影响。
四、预期成果
1.加压流化床煤氢化反应动力学理论研究成果。
2.基于ANSYSFluent和ASPENPLUS建立的加压流化床煤加氢气化反应模型。
3.不同气化条件下的反应机理及气态产物分布规律分析结果。
4.加压流化床气化技术的优缺点评价及改进方案。
五、研究进度安排
第一年：
1.煤氢化反应动力学理论的回顾与研究。
2.加压流化床煤加氢气化反应模型的建立。
第二年：
1.加压流化床气化过程的数值模拟和验证。
2.不同气化条件下的反应机理及气态产物分布规律分析。
第三年：
1.加压流化床气化技术的优缺点评价。
2.提出加压流化床气化技术的改进方案和未来发展方向。
六、参考文献
[1]谢卫.超高压地层气蓄存条件下CO2峰值溶解量的研究[D].中南大学,2016.
[2]饶传友,李家伟,侯彬彬,等.基于多孔介质模型的CO2渗透性测定方法[J].煤炭学报,2016,41(8):1984-1990.
[3]张建忠,范增,黄晓宇.国内外煤气化技术发展现状及趋势[J].科技导报,2018,36(8):73-78.
[4]祝卉,倪宇,刘威,等.一种基于计算流体动力学的流化床气化反应器模型[J].化工学报,2016,67(10):4283-4291.