天然氣水合物制備過程中的多相流傳遞研究

【摘要】： 天然氣是一種潔凈能源,有利于環(huán)境保護和國民經(jīng)濟的司可持續(xù)發(fā)展,天然氣水合物在儲運天然氣方面,相對于液化天然氣和管道運輸方面,也具有較大的優(yōu)勢和較好的研究前景。而天然氣水合物儲運天然氣的核心問題為天然氣水合物的制備,為此開展天然氣水合物制備過程中多相流傳遞研究,主要工作如下： 1、多次實驗表明：水合物形成為一結(jié)晶過程,操作線均在過冷區(qū)域進行,方能平穩(wěn)、持續(xù)結(jié)晶；但過冷不能太大,否則,系統(tǒng)單位時間內(nèi)生成晶體量過多,會堵塞系統(tǒng)或固結(jié)在管壁上而改變傳熱情況,反而會欲速則不達,故載冷劑溫度不能太低。根據(jù)一般結(jié)晶規(guī)律,制冷劑溫度以低于相平衡溫度5℃左右比較適宜。 2、針對水合物制備過程中可能出現(xiàn)的氣、水—固接觸表面,分析了不同接觸表面下的傳熱情況,表明天然氣水合物生成過程中在不同的換熱面?zhèn)鳠嵝Ч兄@著不同的效果。當(dāng)換熱面為水—金屬換熱表面,在試驗條件下,管內(nèi)換熱是主要的換熱阻力部分；在反應(yīng)管內(nèi)表面結(jié)一層薄冰的情況下,傳熱系數(shù)變化不大,但當(dāng)冰層較厚時,傳熱情況就會迅速惡化；管壁上附著一層天然氣水合物膜時換熱情況與冰層相似：當(dāng)管壁上的冰層或者天然氣水合物層中存在天然氣膜或者氣泡時,傳熱情況迅速惡化,難以有效生成水合物。 3、對不同換熱表面的分析表明：維持有效的換熱是天然氣水合物制備的核心問題。應(yīng)保持反應(yīng)管內(nèi)表面上反應(yīng)物不斷更新,及時地移除反應(yīng)熱量,才能使反應(yīng)連續(xù)、高效地進行,換熱表面的流動狀況直接影響著天然氣水合物制備過程的程度。 4、對反應(yīng)單元采用Ansys中的單元Flotran CFD進行了模擬,表明氣液兩相在內(nèi)壁光滑的管內(nèi)分布與實驗相似,即：氣體在管內(nèi)壁附著,這種情況不利于反應(yīng)的高速、連續(xù)進行。應(yīng)改善管子內(nèi)壁面結(jié)構(gòu),使氣體盡量少出現(xiàn)或者不出現(xiàn)在管壁附近。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物 傳熱 平衡 相界面
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 文獻綜述15-25
• 1.1 天然氣水合物研究歷史15-16
• 1.2 天然氣水合物的生成16-19
• 1.3 天然氣水合物的儲運19-22
• 1.4 天然氣水合物再氣化22-25
• 第二章 天然氣水合物制備研究25-39
• 2.1 實驗過程25-27
• 2.1.1 實驗原理25-26
• 2.1.2 工藝流程圖26
• 2.1.3 實驗過程26-27
• 2.2 結(jié)果與討論27-36
• 2.2.1 通氣前后系統(tǒng)控制結(jié)果27-29
• 2.2.2 天然氣水合物制備過程傳熱分析29-32
• 2.2.3 管內(nèi)傳熱過程分析32-36
• 2.3 小結(jié)36-39
• 第三章 不同操作條件下的傳熱分析39-47
• 3.1 工況139-40
• 3.1.1 理論循環(huán)換熱量39
• 3.1.2 實際換熱量39-40
• 3.2 工況240-43
• 3.2.1 理論循環(huán)換熱量40
• 3.2.2 實際換熱量40-43
• 3.3 工況343-45
• 3.3.1 水合物生成熱43
• 3.3.2 實際換熱量43-44
• 3.3.3 多種傳熱之間的熱平衡44-45
• 3.4 小結(jié)45-47
• 第四章 反應(yīng)單元中的兩相流傳遞過程模擬47-53
• 4.1 模擬部分47-51
• 4.1.1 基本原理47-49
• 4.1.2 模擬部分49-51
• 4.2 小結(jié)51-53
• 第五章 結(jié)論53-55
• 5.1 結(jié)論53-54
• 5.2 展望與后續(xù)研究54-55
• 參考文獻55-59
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-61
• 致謝61-63
• 作者及導(dǎo)師簡介63-64
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書64-65

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