沈文豪, 张亚新, 赵 玲

(1. 新疆大学 化学化工学院, 新疆 乌鲁木齐 830046;2. 华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室, 上海 200237)

1 前 言

我国煤炭资源丰富，国家多项政策指明了煤炭行业供给侧改革的发展方向是清洁高效利用[1]。大规模煤制天然气项目已在新疆、内蒙古等富煤地区投产，该工艺中甲烷化反应段对甲烷产率影响最大。副反应中甲烷吸热会产生丝状炭附着在催化剂内孔道表面，长时间的积累会导致催化剂内孔道严重堵塞[2-3]。张沛等[4]采用扫描电子显微镜(SEM)等表征方法，对商用选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的失活和再生进行研究，发现砷和硫酸盐严重堵塞了催化剂微孔道，酸洗再生能有效脱除砷和硫酸盐，提高SCR 脱硝催化剂活性。KOO 等[5]采用不同Mg/Al 混合比控制的载体，提高了甲烷重整制合成气催化剂的抗结焦能力。DEMICHELI 等[6-7]在实验中测定了甲烷在Ni/Al2O3催化剂上形成积炭的反应动力学方程，使数值模拟方法研究甲烷化反应积炭过程成为可能。

采用 CFD 方法对固定床反应器内“三传一反”(动量传递、质量传递、热量传递、化学反应过程[8])规律进行研究能够节省大量的实验和人工成本，并获得反应器内部更详细的特征参数[9-10]。CHEIN 等[11]采用数值模拟方法研究了固定床管式反应器中甲烷化反应的影响因素，发现CO 甲烷化反应对温度最敏感，提高反应压力和降低空速能提高甲烷产率。SON 等[12]采用数值模拟方法研究了操作条件对积炭效应的影响，但模拟也仅停留在反应器宏观尺度和催化剂-流体域介观尺度。……