Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong khai thác than sử dụng phương pháp khí hóa than ngầm

Bài viết Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong khai thác than sử dụng phương pháp khí hóa than ngầm giới thiệu phương pháp mô phỏng quá trình truyền nhiệt và truyền chất trong khai thác than sử dụng phương pháp khí hóa than ngầm qua ứng dụng phần mềm mô phỏng Comsol Multiphysics phiên bản 5.2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong khai thác than sử dụng phương pháp khí hóa than ngầm 50 Nguyễn Lê Hồng Sơn, Nguyễn Hoàng Anh NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT - TRUYỀN CHẤT TRONG KHAI THÁC THAN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ HÓA THAN NGẦM APPLIED RESEARCH ON SIMULATION SOFTWARE OF HEAT AND MASS TRANSFER IN THE PROCESS OF UNDERGROUND COAL GASFICATION Nguyễn Lê Hồng Sơn1, Nguyễn Hoàng Anh2 1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh; hongsonnguyenle@gmail.com 2 Trường Cao đẳng Nghề Đồng Nai; hoanganhskill@gmail.com Tóm tắt - Khí hóa than ngầm là một quá trình chuyển than đá trực tiếp Abstract - Underground Coal Gasification (UCG) is a process in trong vỉa than thành khí đốt hoặc dùng để làm nguyên liệu tổng hợp which coal is converted to clean synthetic gas (syngas) in-situ. This hoá chất. Nghiên cứu này thực hiện mô phỏng chi tiết quá trình khí hoá study performs detailed simulations of UCG process inside coal than ngầm bên trong vỉa than để sản xuất khí tổng hợp (CO, CO2). Các seam to produce syngas (CO, CO2). The simulations are conducted mô phỏng được tiến hành bằng cách sử dụng phần mềm Comsol using the Comsol Multiphysics software to simulate the heat and Multiphysics phiên bản 5.2 để mô phỏng quá trình truyền nhiệt và mass transfer during the underground coal gasification. Studies on truyền chất trong quá trình khí hoá than ngầm. Các nghiên cứu về sự the heat transfer and the growth of three-dimensional cavity truyền nhiệt và mô phỏng hình dạng khoang rỗng ba chiều (chiều dài, geometries in underground coal gasification are presented in chiều rộng và chiều sâu) sau quá trình khí hoá được thể hiện trong các underground coal seam. During the heat transfer, it should be noted vỉa than ngầm. Cần chú ý nhiệt độ bên trong vỉa than sẽ cao hơn nhiều that local temperature in the coal seam is higher than the outlet so với nhiệt độ đầu ra của khí sản phẩm, điều này là do tổn thất nhiệt temperature; this might be attributed to gas heat loss by the bởi môi trường xung quanh. Các khoang rỗng có hình giọt nước, và surrounding environment. The cavity has a tear-drop shape, which nó có thể được mô phỏng dựa trên chiều rộng, chiều cao, chiều dài could be characterized based on its width, height, forward and phía trước và phía sau của khoang. Điều chỉnh nồng độ O2 cấp vào backward lenght of the cavity. The effects of oxygen injection rate on quá trình khí hoá sẽ ảnh hưởng đến chất lượng khí tổng hợp cũng syngas quality are also studied. The best oxygen injection rate is được nghiên cứu. Tỷ lệ cấp O2 tốt nhất là khoảng 0,15 mol/s. about 0.15 mol/s. Từ khóa - khí hoá than ngầm; UCG; truyền nhiệt và truyền chất Key words - underground coal gasification; UCG; heat and mass UCG; comsol multiphysics; khí tổng hợp transfer; syngas; oxygen concentration; coal seam; comsol multiphysics 1. Đặt vấn đề phần mềm mô phỏng Comsol Multiphysics phiên bản 5.2. Quá trình khí hóa than ngầm thường diễn ra trong một Một mô hình toán học về truyền nhiệt và truyền chất của thời gian dài, với một khối lượng than lớn gấp nhiều lần so quá trình khí hóa than được xây dựng theo các phương với mô hình thực nghiệm. Do phải đầu tư một khoản chi phí pháp bảo toàn năng lượng và khối lượng của quá trình sản lớn cho quá trình xây dựng hệ thống khí hóa, nên phải nghiên xuất khí hóa than. Việc nghiên cứu các giá trị mô phỏng kết cứu kỹ về các loại than, dự đoán được các trường hợp có thể hợp với quá trình thực nghiệm khí hóa than sẽ cung cấp xảy ra. Trước yêu cầu đó, mô phỏng quá trình khí hóa than một cơ sở lý thuyết cần thiết cho các nghiên cứu tiếp theo ngầm được thiết kế và xây dựng gần giống với thực tế nhằm hay dự đoán các quy luật diễn ra trong quá trình khí hóa thử nghiệm trước khi xây dựng một hệ thống lớn hơn, khi than, như việc xác định các yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu biết chắc chắn điều đó sẽ mang lại lợi nhuận kinh tế cao. Dựa suất của khí hóa. trên những cơ sở lý thuyết chung của công nghệ khí hóa, mô 2. Cơ sở lý thuyết hình cho thấy quá trình khí hóa than diễn ra gần giống như dưới lòng đất với một đường ống dẫn hỗn hợp khí + hơi nước Các quá trình cháy và khí hóa dưới lòng đất trong các và một đường ống thu hồi khí tổng hợp. Qua đó, nghiên cứu lớp than rất phức tạp về mặt vật lý và các phản ứng hóa học, sẽ xác định được thành phần lý hoá học, chất lượng khí với các quá trình truyền nhiệt và truyền chất giữa các pha thương phẩm từ các khí sản phẩm thu được. rắn-khí. Để dễ dàng trong quá trình tính toán, ta có các điều kiện sau: Trong thời đại khoa học công nghệ ngày nay, công nghệ mô phỏng số ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi 2.1. Các phản ứng hóa học trong khí hóa than lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như hoạt động của con Quá trình oxy hóa của than: người. Mô phỏng số mang đến cho con người những lợi ích C + O2 = CO2+ 399499kJ/mol (1) to lớn như tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, ...