超临界水流化床内煤气化过程建模与仿真(1):数学模型及物理场分布规律

煤的超临界水气化是极具发展前景的高效洁净煤炭转化技术.本实验室发明新型超临界水流化床反应器,避免了管式反应器中出现的结焦堵塞现象,实现了高浓度煤浆的高效连续气化.本文对超临界水流化床反应器内的物理过程进行了数学建模,并对宽广的温度参数范围下反应器内温度场、流场、以及颗粒停留时间演变规律等进行数值模拟分析,揭示了反应器内部各物理场的特征,加深了对超临界水流化床内流动传热过程的认识,对反应器的运行与设计具有理论参考价值。     

典型煤种超临界水气化动力学模型

煤炭超临界水气化技术是一项极具前景的清洁高效煤炭转化技术。为克服现有煤炭超临界水气化模型在煤种适用性及预测精度方面的局限性,本文结合典型煤种的结构特征和反应路径,建立了一套适用于多煤种的超临界水气化动力学模型。模型中,不同煤阶煤种根据元素分析采用三原煤组合形式进行表示,从而在模型中有效反映了煤种结构特征的影响。模型总共包含18个反应,考虑了主要中间产物与气体产物的生成与转变。模型对不同煤种气化的预测结果与实验数据较为吻合,能够较好揭示煤炭在超临界水中的转化过程,同时与现有模型相比,该模型的煤种适用性更好、预测精度更高。     

生物质超临界水流化床气化制氢系统与方法研究

本文提出在生物质超临界水气化制氢过程中采用流化床反应器防止反应器结渣堵塞.首先,基于流化床内多相流动力学理论,通过分析获得了超临界水流化床的主要参数包括最小流化速度、终端速度、流化方式等的设计准则.应用此设计准则成功构建了一套超临界水流化床气化制氢系统,实验研究表明高浓度生物质浆料在长达5个小时的气化过程中反应器未见堵塞现象,并获得了与生物质在管流反应器中气化相似的气体产物.     

超临界水流化床内两相流特性的数值模拟研究

本文基于欧拉双流体模型和颗粒动理学理论,对超临界水流化床反应器内气固两相流特性进行数值模拟,模拟获得了超临界水流化床反应器内颗粒分布特性和最小流化速度,分析了表观速度、压力、温度、初始床层高度对超临界水流化床流动特性的影响.本文的研究对超临界水流化床反应器结构的设计及操作条件的优化具有重要的指导意义.     

煤炭超临界水流化床制氢反应器内颗粒流动及传热特性的数值分析

煤炭超临界水气化是极具发展前景的高效洁净煤转化利用技术,深入研究反应器内流动和传热过程对反应器的设计及优化具有重要意义.本文基于欧拉-拉格朗日方法,耦合化学反应动力学模型,建立了煤炭超临界水流化床制氢反应器的三维瞬态CFD模型,研究了反应器内流动和传热特性、颗粒及产物组分的分布转化规律,得到了煤炭颗粒表面的对流和辐射换热系数,并从传热学的角度,揭示了颗粒粒径对煤炭转化速率的影响机理。     

超临界水稠油改质反应动力学研究

超临界水稠油改质具有速度快,抑制结焦等优势,本文考察了反应温度380～440?C和反应时长0～500 min对超临界水稠油改质反应的影响,实验结果表明超临界水稠油改质反应呈现三个阶段：诱导期、裂解期、生气期,诱导期内胶质的裂解十分显著,并且无结焦产生,裂解期内重质组分裂解加深,产生大量轻质组分,生气期内饱和烃二次裂解持续产生气体。同时超临界水稠油改质反应的进程随温度提高而加快。基于相分离的方法建立了6集总反应动力学模型,沥青质溶解度系数随着温度升高而下降,高温下软沥青对沥青质的分散作用减弱。反应动力学的方法有助于解释超临界水稠油改质的反应路径和反应机理。     

基于MP-PIC模型的流化床煤气化过程三维数值模拟

本文以多相流质点网格模型(MP-PIC)为基础,采用欧拉-拉格朗日方法,建立了流化床煤气化过程的三维可压缩数理模型,该模型同时考虑了稠密气固流动,传热传质和相内、相间的化学反应。通过不同操作参数下模拟计算,获得反应器内的流型、气体组分分布、化学反应速率变化等规律。模型计算所得的出口气体组分与实验结果进行了比较,数值模拟与实验吻合。     

超临界水流化床床床层与壁面间传热特性研究

本文基于颗粒动理学理论建立了流化床中的欧拉双流体模型,采用了单气泡沿壁面运动物理模型,从颗粒分布特性、温度分布特性和瞬时传热特性三个方面对超临界水流化床和气固流化床的床层与壁面间传热特性进行了对比研究。研究表明,相同条件下,相对于气固流化床,超临界水流化床中气泡的直径和上升速度都较小;超临界水流化床中床层与壁面间的传热系数与颗粒浓度呈反相关关系,而对于气固流化床则是正相关关系;并且不同于气固流化床,超临界水流化床床层与壁面间传热系数在颗粒浓度较低处对表观速度变化比较敏感。     

超临界水流速对煤颗粒群气化制氢速率的影响

煤炭超临界水气化制氢技术为化石能源的清洁低碳、安全高效转化提供了重要的技术方向。本文针对气化制氢反应器内的流固两相流动、传热和均相/异相化学反应过程,构建了反应器尺度的多组分超临界流体湍流与反应颗粒群四向耦合数值模拟方法,研究了反应器内超临界水流速对煤颗粒群制氢速率的影响规律及机制,明确了反应器内自然对流涡对流固反应的促进作用,并发现对流涡的流动方向随着反应的进行存在反转现象;阐明了反应器出口产氢速率随着超临界水流速的增加而增大,给出了超临界水与煤浆进料流量比的最优区间。     

超临界循环流化床锅炉进风系统数值模拟分析与比较

本文针对超临界循环流化床锅炉一次风风箱系统内部的空气流动特性,包括进气管、风箱内部及一次风通过布风板的流动特性,基于FLUENT计算平台结合多孔介质模型进行了数值模拟。针对三种不同进风结构,即底部进风、侧面进风和后侧进风模式进行了分析比较。为准确模拟布风板压降损失同时又减少计算量,利用多孔介质模型模拟一次风通过布风板的...     

Pt(111)电极上O2与OHad的吸脱附及氧还原反应动力学 (cited: 1)

研究了Pt(111)电极在0.1 mol/L HClO₄溶液中O₂吸附与OH_ad脱附及氧还原反应的动力学．研究发现OH_ad的可逆吸脱附速率很快;在氧还原的动力学或动力学与传质混合控制区,恒电位下氧还原的电流随反应时间缓慢衰减,在转速较大,扫速较慢的情形下正向扫描过程中氧还原的电流总是明显低于逆向扫描的电流;Pt/0.1 mol/L HClO₄从无O₂切换到O_{2相似文献}   

硝酸体系中Pt催化N2H4还原U(VI)制备U(IV)的反应动力学及反应历程

为明确反应机理和反应历程,优化反应工艺,本文研究了硝酸环境下Pt催化N₂H₄还原U(VI)制备U(IV)的反应动力学,通过电子自旋共振法确定了硝酸氧化性影响范围,研究了硝酸、肼、U(VI) 浓度以及催化剂用量对反应的影响,同时利用密度泛函理论对反应过程进行了模拟. 结果表明,硝酸浓度在0.5 mol/L以下氧化性对实验主反应影响有限,在0.5 mol/L浓度范围内反应动力学方程为：-dcI(UO₂²⁺)/dt)=kc^0.5323(UO₂²⁺)c^0.2074(N₂H₅⁺)c^-0.2009(H⁺);当温度为50 °C,催化剂固液比为r=0.0667 g/mL时,反应的动力学速率常数k为k=0.00199(mol/L)^0.4712/min;在20∽80 °C 之间,反应速率随温度的升高而逐渐增大,并由化学控制转变为扩散控制. 通过密度泛函理论模拟进一步深入了解了各种因素对反应过程的影响,并结合反应动力学和模拟结果确定了反应机理.     

铁(Ⅱ)异腈配合物与三甲基胺氮氧化物氧原子转移反应动力学及其机理研究

在CH2 Cl2 介质中研究了铁 (Ⅱ )异腈配合物 [FeL5(CN) ]Br(1 ,L = CNCH2 Ph)和trans [FeL4(CN) 2 ] (2 ,L = CNCH2 Ph)等与氧原子转移试剂 (CH3) 3NO的反应动力学行为 ,研究结果表明 :配合物 1与 (CH3) 3NO反应遵从二级速率定律 ,反应速率 =k2 [铁异腈配合物 ]× [(CH3) 3NO]。反应的活化熵ΔS≠ 和活化焓ΔH≠ 分别为- 2 5 34± 1 67cal·(mol·K) - 1 和 1 2 71± 0 49kcal·mol- 1 ,而配合物 2不与氧原子转移试剂反应。认为反应以缔合机理进行。     

准经典轨线方法研究H(2S)+NO(X2π)→N(4S)+OH(X2π)反应动力学

本文基于精确的势能面,采用准经典轨线方法研究了H(²S)+NO(X²π)→N(⁴S)+OH(X²π)反应的动力学. 对碰撞能量为2.00∽2.80 eV,计算了反应的总反应积分截面,发现它随碰撞能量的增加而单调增加. 特别地,在碰撞能为2.40∽2.57 eV时,计算的反应截面与实验结果吻合. 此外,计算得到的反应速率常数也与实验匹配. 在碰撞能为2.57 eV时,通过对反应轨线的分析,发现该反应由非直接反应主导(是直接反应的1.4倍),揭示了反应在高碰撞能量下的反应动力学特性.     

对甲基苯磺酰化丝氨酸Nd(Ⅲ)配合物的合成、表征及热分解反应动力学

合成了对甲基苯磺酰化丝氨酸配体(L)和对甲基苯磺酰化丝氨酸Nd(Ⅲ)配合物。通过元素分析、热分析、红外光谱、紫外光谱和摩尔电导等分析技术,确定配合物的组成为NdL3。用非等温热重分析方法研究了Nd(Ⅲ)配合物的热分解反应动力学,分解反应一步进行,其分解的动力学方程为dα/dt=Aexp(-Ea/RT)(1-α)2,并计算出了该步热分解的活化熵ΔS#、活化吉布斯自由能ΔG#和活化焓ΔH#分别为-86.7674J/mol.K、219.3884kJ/mol、170.9938kJ/mol。     

共焦拉曼光谱对疏水基底上Mg(CH3COO)2液滴与CO2非均相反应动力学过程的观测

本文利用共焦拉曼光谱在球形液滴的表面和中心可聚焦两次的特性, 观测了不同RH(relative humidity, 相对湿度)下疏水基底上Mg(CH3COO)2液滴与CO2在液滴表面和中心的反应情况。结果表明, 反应生成的产物为碱式碳酸镁。当RH约73%时, 液滴表面和中心生成的产物的量差别不大; 当RH约65%时, 表面和中心的差别较RH约73%时明显; 而当RH降至约58%时, 表面和中心的差别则变得非常明显。由于Mg(CH3COO)2液滴在较低相对湿度下会形成胶态结构, 引起传质受阻, 从而使得CO2由液滴表面扩散到内部变得越来越困难, 最终导致液滴表面生成的产物比中心多。     

F+H2O/D2O→HF+OH反应的准经典轨迹研究：能垒、反应物转动激发和同位素取代的影响 (cited: 4)

在新构建的含旋轨耦合校正的FH₂O基态势能面上,采用准经典轨迹方法详细研究了F+H₂O/D₂O→HF/DF+OH/OD的反应动态学．氢和氘抽取反应经过较低的类反应物过渡态直接发生反应,生成振动激发的HF/DF和内能较低的OH/OD产物．由于新构建的势能面能垒较低,得到的积分反应截面与实验值吻合．但新势能面对产物态分布和模式选择性影响较小．理论计算结果显示H2O的转动态激发对反应有很强的促进作用,说明其与反应坐标耦合紧密．     

同一个非动力学r矩阵所对应的有理Ruijsenaars–Schneider模型(n=2)及Calogero–Moser模型

构造了有理Ruijsenaars–Schneider模型(n=2)的新的Lax算子,发现相应的r矩阵是非动力学的,它与Calogero–Moser模型具有相同的r矩阵.     

1-偶氮苯-3-(5-氯-2-吡啶)-三氮烯的合成及与锌的显色反应

合成了新显色剂1-偶氮苯-3-(5-氯-2-吡啶)-三氮烯.在表面活性剂OP存在下,pH为10.5-11.5的Na2B4O7-NaOH缓冲溶液中,新显色剂1-偶氮苯-3-(5-氯-2-吡啶)-三氮烯与锌发生显色反应,生成4∶1的红色配合物.配合物的最大吸收峰位于530nm,表观摩尔吸光系数为1.25×105L·mol-1·cm-1,Zn2 浓度在0-480μg/L范围内遵守比耳定律.测定废水中微量锌,结果令人满意.     

新试剂1-(2-羟基苯基)-3-[4-(苯基偶氮)苯基]-三氮烯的合成及与溴化十六烷基三甲铵的显色反应

合成了新试剂１－（２－羟基苯基）－３－［４－（苯基偶氮）苯基］－三氮烯（ＨＰＡＰＴ）,在氢氧化钠碱性介质中,该试剂与溴化十六烷基三甲铵（ＣＴＭＡＢ）形成１∶３的紫红色离子缔合物。λｍａｘ位于５６５ｎｍ,表观摩尔吸光系数为１．５９×１０４Ｌ·ｍｏｌ－１·ｃｍ－１,ＣＴＭＡＢ含量在３—２９．１６ｍｇ·Ｌ－１范围内符合比耳定律。测定了显色体系ＣＴＭＡＢ的临界胶束浓度是１．５０×１０－４ｍｏｌ·Ｌ－１。