耦合分离和反应功能磁助费托合成浆态反应器理论研究

The reactor with integrated reaction and separation function is a recent new research area of energy, environment and coal chemical industry area. Understanding the processes of reactor electromagnetism, mass transfer, and magnetic assisted catalytic kinetics are of paramount importance for the development of this research area. The challenge is lack of theory of integrated separation and reaction and lack of research of interaction mechanism between mass transfer and magnetic field. Therefore it is impossible to be developed without strong theory support. It is proposed to use experiment research, theoretical modeling, and CFD modeling to study the interaction mechanism between magnetic separation and magnetic assisted reaction based on Fischer-Tropsch (F-T) synthesis reaction. The detailed research content includes: 1. An integrated separation and reaction slurry reactor model for F-T synthesis with magnetic assisted function is built to study the catalyst distribution in a gas-liquid-solid reaction under the condition of magnetic field; 2. Investigation of the effect from magnetic force and mass transfer to explain the interaction mechanism of magnetic field and transfer through experiment measurement and theoretical modeling; 3. Study of magnetic property in the reactor and the influence law of reactor structure effect on the catalyst bed distribution. This study will supply fundamental data and theoretic support for the development and optimization of integrated function reactor.

耦合分离和反应功能磁助浆态反应器是能源、环境和煤化工领域近两年来新的研究方向，限制其发展的瓶颈在于对反应器电磁学、相间传质及磁助催化动力学等过程的认知程度。目前耦合分离和反应理论不够完善，反应器内传质和磁场相互作用机制缺乏深入研究，因此无法为其进一步发展提供理论支撑。本项目拟以费托合成反应为依托，以耦合分离和反应功能磁助浆态反应器为研究对象，采用实验研究、理论建模以及计算流体力学模拟等手段，对反应器内磁分离和磁控催化剂床层协调机制进行研究。具体的研究内容包括：建立耦合分离和反应功能磁助费托浆态反应器模型，研究磁场条件下气液固三相反应器内固体催化剂的分布规律；考察磁场力和传质作用的影响，通过实验测量和理论模拟，解释反应器内磁场与传递机制的协调作用规律；研究反应器磁场特性和反应器结构对床层分布的影响规律，为双功能反应器的发展和设计优化提供理论基础。

本项目执行周期为3年（2017年1月至2019年12月），在此期间，按计划完成了项目各年度工作，按要求提交了项目的年度报告、中期报告，按期提供结题报告，按要求完成了预算使用。.主要研究内容。.第一、对双功能磁助费托浆态反应器分布特性进行了研究。.第二、对该反应器的磁场特性进行了研究。.第三、采用模拟催化剂，研究了磁场作用机制。.第四、对反应器工艺等方面进行了优化。.本项目建立个首套5L冷模双功能磁助费托浆态反应器，建立和使用了在线磁场测量和反应器轴向磁场分布手段，掌握了冷模双功能磁助费托浆态反应器工艺参数对反应器固体颗粒行为的影响规律。其次，采用多种方法合成了模拟催化剂颗粒，包括核壳包覆结构的磁性颗粒和复合磁性微球，研究了其磁性特性以及反应器内的分布行为，采用DFSS方法论，进行了系统的工艺研究，掌握了各参数的影响规律。最后，建立了双功能反应器的流体力学模型，研究了固体颗粒的分布规律，建立了颗粒行为的理论模型，用于指导反应器优化设计和工艺条件优化。