超臨界水氧化氣膜反應器模擬研究.pdf

1、超臨界水氧化技術是新型技術，主要用于處理難降解有機物。而蒸發(fā)壁反應器是解決反應過程中腐蝕和鹽沉積最有效的方法。但前人的研究結果表明，蒸發(fā)壁反應器采用純水形成水膜保護反應器需要預熱，預熱溫度高達350℃，同時在反應器下部為了形成亞臨界溶鹽區(qū)則需要通入低溫蒸發(fā)水，反應器出口溫度較低，限制了能量回收。
　　基于此，提出了一種超臨界水氧化氣膜反應器，將蒸發(fā)壁反應器中的純水替換為N2。在氣膜反應器中除輔助熱源外，燃料，N2，O2均以常溫通入

2、，無需預熱，同時由于N2的低比熱和導熱系數(shù)，可以在不影響反應器內反應的情況下降低多孔管內壁溫度保護反應器以及提高反應出口溫度水平，有效地提高了整個系統(tǒng)的經濟性。
　　本文采用流體模擬軟件FLUENT對反應器進行建模和簡化，選用了合適的湍流模型，化學反應動力學模型，最終獲得反應器內溫度場，流場及組分場的分布情況，并與實驗結果對比發(fā)現(xiàn)模擬能夠較準確地預測反應器內的反應情況。
　　通過分析反應器內溫度場，流場以及采用DPM模型模擬

3、無機鹽顆粒運動軌跡驗證了氣膜對反應器的保護作用。結果表明:多孔管內壁只承受高溫，而承壓外殼只承受高壓;反應器內多孔管附近形成的亞臨界區(qū)域以及N2膜的存在，可以阻礙和溶解靠近多孔管的無機鹽，避免其在多孔管壁上粘附;超臨界水氧化氣膜反應器氣膜可以很好地保護反應器。
　　為了更好地對反應器的結構進行設計，對不同運行參數(shù)進行了模擬。模擬結果表明:輔助熱源具有射流卷吸作用，可以強化反應器內組分混合和能量傳遞，輔助熱源流量增加能夠強化射流卷吸

4、作用。反應器內最高溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，輔助熱源流量減少而升高，與N2流量關系不大。反應器內中心溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料輔助熱源流量比的增加而增加，增加幅度受反應器內總流量的影響，流量越大，變化越小;隨N2流量增加，下降明顯。多孔管內壁溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源流量、溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，N2流量減少而升高。多孔管內壁最高溫度出現(xiàn)位置隨輔助熱源流量增加向反應器上部移動

5、，隨燃料輔助熱源流量比增加略向反應器下部移動。
　　最后利用反應器內的熱負荷參數(shù)來指導反應器的設計工作，研究表明:反應器內的整體溫度隨直徑增大呈下降趨勢，多孔管內壁最高溫度出現(xiàn)位置向反應器下方移動;反應器長度的增加只會增加流體在反應器內的停留時間，反應器出口溫度降低;并分析得出超臨界水氧化氣膜反應器熱負荷的判定準則:燃料在反應器內的有效反應時間要大于燃料完全降解的停留時間11s，同時反應器內壁溫度均低于374℃。最終通過分析不同尺