Сучасний стан проблеми отримання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю. Частина 2. Математичні моделі фізичних полів процесу газифікації вуглецевмісних матеріалів

Автор(и)

  • Євген Миколайович Панов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Антон Янович Карвацький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Сергій Володимирович Лелека Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Ігор Олегович Мікульонок Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2020.208051

Ключові слова:

вуглець, паливо, газифікація, синтез-газ, моделювання

Анотація

Проаналізовано існуючі математичні моделі,використовувані для аналізу процесу газифікації твердого палива з метою зниження витрати природного газу в енергетичній та інших енергоємних галузях промисловості, а також зниження шкідливого впливу на довкілля за рахунок застосування синтез-газу, одержуваного в результаті газифікації. Незважаючи на значний світовий досвід у галузі моделювання процесу термічного перероблення палива на горючий газ, натепер відсутня модель, яку можна було би застосувати безпосередньо на практиці. Тому питання розроблення адекватної математичної моделі процесу одержання й використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю залишається вкрай актуальним завданням.

Біографії авторів

Євген Миколайович Панов, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, декан інженерно-хімічного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Антон Янович Карвацький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Сергій Володимирович Лелека, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

кандидат технічних наук, науковий співробітник НДЦ «Ресурсозберігаючі технології» Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Ігор Олегович Мікульонок, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

Сучасний стан проблеми отримання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю. Частина 1. Аналіз процесу газифікації та його практичне застосування / Є. М. Панов, А. Я. Карвацький, С. В. Лелека, І. О. Мікульонок // Вісник НТУУ "KПІ". Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2020. № 1(19). С. 5 – 16.

Xiang Jun Liu, Wu Rong Zhang, Tae Jun Park. Modelling coal gasification in an entrained flow gasifier, Combustion Theory and Modelling. 2001. Vol. 5:4. P. 595-608. http://dx.doi.org/10.1088/1364-7830/5/4/305

Numerical study on the coal gasification characteristic in an ettrained flow coal gasifier / Y. C. Choi , X. Y. Li, Y. J. Park et al. // Fuel. 2001. Vol. 80, No 15, P. 2193-2201 DOI: 10.1016/S0016-2361(01)00101-6

Modelling coal gasification with CFD and discrete phase method / S.-P. Shi, S. E. Zitney, M. Shahnam et al. // Journal of the Energy Institute. 2006. Vol. 79, No 4, p. 217-221. DOI: 10.1179/174602206X148865

Watanabe H., Otaka M. Numerical simulation of coal gasification in entrained flow coal gasifier // Fuel. 2006. Vol. 85, P. 1935-1943. DOI:10.1016/j.fuel.2006.02.002

Three-Dimensional Simulation for an Entrained Flow Coal Slurry Gasifier / Yuxin Wu, Jiansheng Zhang, Philip J. Smith et al. // Energy Fuels 2010. Vol. 24. P. 1156-1163 : DOI:10.1021/ef901085b

Hui Liu, Robert J. Cattolica, Reinhard Seiser. Operating parameter effects on the solids circulation rate in the CFD simulation of a dual fluidized-bed gasification system // Chemical Engineering Science. 2017. Vol. 169, No 21. P. 235-245. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.11.040

Yawen Zhang, Fulin Lei, Yunhan Xiao1. Computational fluid dynamics simulation and parametric study of coal gasification in a circulating fluidized bed reactor // Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2015. Vol. 10. No 2. P. 307-317. DOI: 10.1002/apj.1878

CFD simulation of dense particulate reaction system: Approaches, recent advance sand applications / Wenqi Zhong, Aibing Yu, Guanwen Zhou et al. // Chemical Engineering Science. 2016 Vol. 140. P. 16-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2015.09.035

Three-dimensional Eulerian-Eulerian Simulation of Coal Combustion under Air Atmosphere in a Circulating Fluidized Bed Combustor / Ying Wu, Daoyin Liu, Jiliang Ma, Xiaoping Chen // Energy & Fuels. 2017. Vol. 31. No 8, P. 7952-7966. DOI: 10.1021/acs.energyfuels

2.5D CFD simulations of gas–solids flow in cylindrical CFB risers / Li Peng, Yingya Wu, Chengxiu Wang et al. // Powder Technology. 2016. Vol. 291. P. 229-243. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.12.018

Sharma V., Agarwal V. K. Numerical simulation of coal gasification in a circulating fluidized bed gasifier // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2019. Vol. 36, No 3, P. 1289-1301. dx.doi.org/10.1590/0104-6632.20190363s20180423

Simulation of Entrained Flow Coal Gasification / E. H. Chui, A. J. Majeski, D. Y. Lu et al. // Energy Procedia. 2009. Vol. 1. P. 503-509 http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2009.01.067

Mathematical Model of Solid-Fuel Gasification in a Fluidized Bed / E. N. Panov, A. Ya. Karvatskii, T. B. Shilovich et al. // Chemical and Petroleum Engineering. 2004. Vol. 50, No 5-6, P. 312-322. http://link.springer.com/article/10.1007/s10556-014-9900-3

Anetor L., Osakue E., Odetunde Ch. Reduced Mechanism Approach of Modeling Premixed Propane-Air Mixture Using ANSYS Fluent // Engineering Journal. 2011. Vol. 16, No 1, P. 67-86. DOI:10.4186/ej.2012.16.1.67.

Карвацький А. Я. Сучасний стан проблеми теоретичного дослідження надзвукового обтікання тіл за різних конфігурацій // Вісник НТУУ "KПІ". Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2015. № 1(14). С. 5–12.

A new k-ε eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows / T.-H. Shih, W. W. Liou, A. Shabbir et al. // Comput. Fluids, 1995. Vol. 24, P. 227-238. https://doi.org/10.1016/0045-7930(94)00032-T

Wen, C. Y., Yu Y. H. Mechanics of fluidization // Chemical Engineering Progress Symposium Series. 1966. Vol. 62, P. 100-111.

Syamlal M., O'brien T. Computer simulation of bubbles in a fluidized bed // AIChE Sympos.Ser., 1989. P. 22-31.

Ding J., Gidaspow D. A bubbling fluidization model using kinetic-theory of granular flow // AIChEJ. 1990. Vol. 36. P. 523-538. https://doi.org/10.1002/aic.690360404

CFD simulation of concurrent-up gas-solid flow in circulating fluidized beds with structure-dependent drag coefficient / N. Yang, W. Wang, W. Ge, J. Li // Chem. Eng. J. 2003. Vol. 96, P. 71-80. doi:10.1016/j.cej.2003.08.006

A momentum exchange-based immersed boundary-lattice Boltzmann method for simulating in compressible viscous flows / X. D. Niu, C. Shu, Y. T. Chew, Y. Peng // Phys. Lett. 2006. Vol. A354, P. 173-182. DOI:10.1016/j.physleta.2006.01.060

Rong L. W., Dong K. J., Yu A. B. Lattice-Boltzmann simulation of fluid flow through packed beds of spheres: effect of particle size distribution // Chem. Eng. Sci. 2014. Vol. 116, P. 508-523. DOI: 10.1016/j.ces.2014.05.025

Two-phase turbulence models for simulating dense gas-particle flows / L. X. Zhou, Y. Yu, F. P. Cai, Z. X. Zeng // Particuology. 2014. Vol. 16, P. 100-107.

Armstrong L. M., Gu S., Luo K. H. Effects of limestone calcination on the gasification processes in a BFB coal gasifier // Chem. Eng. J. 2011. Vol. 168, P. 848-860. DOI:10.1016/j.cej.2011.01.102

Experimental and numerical analysis of coffee husks biomass gasification in a fluidized bed reactor / N. Couto, V. Silva, E. Monteiro et al. // Energy Procedia. 2013. Vol. 36, P. 591-595. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.067

Wang X. F., Jin B. S., Zhong W. Q. () Three-dimensional simulation of fluidized bed coal gasification // Chem. Eng. Process. 2009. Vol. 48, P. 695-705. DOI: 10.1016/j.cep.2008.08.006

Xue Q., Fox R. O. Multi-fluid CFD modeling of biomass gasification in polydisperse fluidized-bed gasifiers // Powder Technol. 2014. Vol. 254, P. 187-198. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.01.025

Yu, G.B., Chen, J.H., Li, J.R., Hu, T., Wang, S., Lu, H.L. (2014) Analysis of SO2 and NOx emissions using two-fluid method coupled with eddy dissipation concept reaction sub model in circulating fluidized bed combustors, Energy Fuels, 28, P. 2227-2235. DOI: 10.1021/ef402341p

Two-dimensional computational fluid dynamics simulation of nitrogen and sulfur oxides emissions in a circulating fluidized bed combustor / W. Zhou, , C. S. Zhao, L. B. Duan et al. // Chem. Eng. J. 2011a. Vol. 173, P. 564-573. DOI:10.1016/j.cej.2011.07.083

Modelling of gaseous pollutants emissions in circulating fluidized bed combustion of municipal refuse / E. Desroches-Ducarne, J. C. Dolignier, E. Marty et al. // Fuel. 1998. Vol. 77, P. 1399-1410. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(98)00060-X

Gomez-Barea A., Leckner B. Modeling of biomass gasification in fluidized bed // Progress Energy Combust. Sci. 2010. Vol. 36, P. 444-509. DOI: 10.1016/j.pecs.2009.12.002

Three-dimensional Eulerian-Eulerian modeling of gaseous pollutant emissions from circulating fluidized bed combustors / J. Xie, W. Q. Zhong, B. S. Jin et al. // Energy Fuels 2014b. Vol. 28, P. 5523-5533.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-07-02

Як цитувати

Панов, Є. М., Карвацький, А. Я., Лелека, С. В., & Мікульонок, І. О. (2020). Сучасний стан проблеми отримання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю. Частина 2. Математичні моделі фізичних полів процесу газифікації вуглецевмісних матеріалів. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (2), 5–20. https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2020.208051

Номер

№ 2 (2020)

Розділ

ХІМІЧНА ІНЖЕНЕРІЯ

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).