论文部分内容阅读
天然气吸附储存技术就是利用固体多孔吸附材料对气体的吸附作用,使得在中低压的情况下获得与压缩储存等量相当的效果,其研究成果可用于回收零散气井的天然气、汽车的燃料供应和天然气储气装置等。随着天然气的日益广泛应用,研究天然气吸附储存技术具有非常重要的工程意义。
针对吸附热效应问题,本文采用理论计算和实验方法对吸附/脱附过程展开研究,取得了重要进展,主要内容如下:
1、设计天然气吸附储存实验系统,采用粉体活性炭作为吸附剂,通过储罐内各温度测试点的温度变化情况,来分析储罐内影响传热的各个因素,为以后的研究工作提供理论指导。
2、进行了粉体活性炭成型实验研究,探析了粉体活性炭成型机理,制作初步的成型模具并选择羧甲基纤维素作为成型用的粘结剂。建立活性炭吸附性能测试系统,确立活性炭的吸附性能测试方法。
3、提出了三种具有强化换热结构的天然气吸附储罐:在轴向冷却水管上加装直肋、加装环肋、加装螺旋形肋片。运用Fluent软件,模拟各换热结构的温度场分布,可以得到:在中间冷却水管加装六个肋片后,储罐最高温度下降为336K,平均温度下降为318.1K。整个温度场的温度分布较均匀,而且此结构比较简单,安装方便,可作为吸附储罐的强化换热结构。
4、假设储罐内活性炭与肋片的换热处于稳定状态,建立肋片的传热数学模型,并将其转化为二维稳态无内热源的稳态导热问题,得到整个肋片的传热量。综合考虑通过冷却水管壁的导热量与通过冷却水管壁面的对流换热量,得到吸附床总的传热量。结合上一章模拟中确定的冷却水管直径与肋片厚度的范围值,运用Matlab程序优化,得到了换热结构的具体参数值:肋片厚度δ=2.5mm,冷却水管的直径d=26mm。
5、采用小型储气罐进行实验,验证换热结构的实际效果,可以得到:换热结构在短时间内对吸附/脱附过程的影响不大。加装换热结构后,吸附过程中储罐内的最高温度降低为350.96K,储罐的最高平均温度降低到324.4K;脱附过程中储罐内的最低温度升高为261.47K,储罐的最低平均温度升高到280.34K,换热结构均衡了储罐内的温度分布,有利于整个吸附/脱附过程的进行。