煤矿乏风预热催化氧化装置的起动性能

搭建了煤矿乏风预热催化氧化实验装置,试验研究了当量加热功率、流量比例系数、进气甲烷体积分数对其起动性能的影响规律。结果表明：随着当量加热功率的增加,起动时间和起动能耗量均减少;随着流量比例系数的增加,起动时间和起动能耗量均明显增加;进气甲烷体积分数变化对升温曲线的影响不大,随着进气甲烷体积分数的增加,起动时间仅略微减少。当流量比例系数为0.35-0.40、当量加热功率为18-20 kW时,起动时间、起动耗能量和氧化床入口温度的平均增加速率均较小,装置起动性能良好。

预热催化氧化反应器导流系统的数值模拟与优化

针对反应室入口截面的气体速度分布均匀性对预热催化氧化反应器的氧化效率和运行稳定性的影响,利用CFD软件对预热催化氧化反应器反应室入口的导流分配系统进行模拟计算,确定了扩张段的最佳导流分配方案。结果表明:未加导流板时的原模型在反应室入口处,速度呈现出周围低、中间高的趋势,速度梯度比较大,反应室氧化床入口截面的速度分布不均匀性系数为0.8左右;布置了水平导流板之后,反应室纵向速度分布略微改善,反应室入口处截面的速度分布不均匀性系数降低到0.5左右;增加垂直导流板改装成网格状导流板后,反应室入口处整个截面的速度分布均匀性明显提高,不均匀性系数降低到0.2左右。

煤矿乏风预热催化氧化床温度均匀性的研究

对预热催化氧化装置氧化床的温度分布均匀性进行了实验研究,在热平衡状态下研究了空速、进气温度和体积分数对氧化床温度场均匀性的影响。实验结果表明:氧化床在催化氧化时间段内的温度明显比加热启动段要均匀;氧化床内部在加热启动段内的温度不均匀系数由前至后越来越低,而在催化氧化段内的温度不均匀性系数先降低再升高;进气温度对氧化床温度分布均匀性的影响最为明显,氧化床的温度分布均匀性随进气温度的提升明显改善,而较高的空速和较低的进气体积浓度会减缓温度不均匀性系数随进气温度的变化速率。以上研究成果为预热催化氧化装置的优化设计和性能提升提供理论参考。

煤矿乏风预热催化氧化装置的阻力特性试验

利用自行搭建的煤矿乏风预热催化氧化装置试验研究了表观流速、床层长度、反应室平均温度对其阻力损失的影响。试验结果表明,随表观流速的增大,反应室阻力损失呈线性增加;随床层长度增大,反应室阻力损失呈线性增加;随温度升高,反应室阻力损失有较大增加。对试验数据进行归纳分析,得到适用于冷热态的反应室阻力损失的试验关联式。

预热催化氧化反应器的变参数模拟计算

对预热催化氧化反应器进行了变运行参数和陶瓷参数的模拟计算,分析其参数变化对甲烷氧化过程的影响规律.结果表明:气流速度增大将会缩短甲烷分子在壁面的驻留时间,导致温升缓慢、降低甲烷转化率;适当提高入口温度和甲烷浓度有利于反应初期吸附基元反应的发生,对壁面催化反应具有促进作用;在其它条件不变的情况下,增大陶瓷床的比表面积可以增加甲烷分子与活性微粒触碰的频率,加快某些关键基元反应的速率.

双室型乏风预热催化氧化装置的氧化特性

搭建了双室型乏风预热催化氧化实验装置,实验研究了空速、氧化床入口温度、入口甲烷体积分数对其氧化特性的影响规律。结果表明:试验装置能够实现自维持稳定运行,转化率均大于92%,且具有良好的对称性;随空速的增大,甲烷转化率变化较小,空速大于7 100 h-1后,转化率下降;有效反应长度随空速的增大而增大,且增大的速率逐渐加快;随入口温度的升高,甲烷转化率上升,在485℃时达到最大值,有效反应长度显著减小,但减小的速率逐渐变缓;随体积分数的增加,甲烷转化率波动不大(95%左右),氧化床整体温度上升,有效反应长度略有下降。

煤矿乏风瓦斯预热催化氧化装置数学模型

为了进一步研究低浓度瓦斯预热催化氧化特性,基于自主研发的预热催化氧化装置,建立甲烷预热催化氧化反应一维数学模型。利用一维非均质连续数学模型建立蜂窝陶瓷氧化床模型,该模型包括四个守恒方程:气相质量守恒方程、固相质量守恒方程、气相能量守恒方程、固相能量守恒方程;利用集总参数法建立预热器模型。通过Flex PDE软件数值计算蜂窝陶瓷氧化床温度分布规律,并与实验结果进行对比。计算结果表明:建立的数学模型基本符合甲烷催化氧化的反应特性,所得模拟结果与实验结果较为吻合;蜂窝陶瓷氧化床轴向温度呈先显著升高后缓慢下降的趋势;随着甲烷浓度的增大,氧化床轴向温度升高;随着甲烷风量的增大,氧化床轴向温度升高。