煤与甲烷共转化过程中煤焦二氧化碳气化动力学研究

以煤与甲烷共转化为背景,运用热重方法进行了由煤焦、甲烷和二氧化碳组成的共转化反应体系中碳的反应动力学研究。在1173K~1273K考察了温度对碳转化的影响。结果表明,该反应体系中碳的表观反应速率比煤焦的纯二氧化碳气化速率慢一倍左右,且表观上碳不能完全被气化。通过改变甲烷和二氧化碳的比例考察了气相组成变化对共转化反应中碳转化速率的影响,发现甲烷浓度的增加和二氧化碳浓度的减少都会降低碳的转化速率,且随着甲烷浓度的增加,表观上碳最终所能达到的转化率也会降低。通过数据分析发现,该反应适合采用均相反应模型进行描述,关联得到其表观活化能为312.4kJ/mol,甲烷的反应级数为-0.13,二氧化碳的反应级数为0.3。     

合成气甲烷化反应积炭过程的热力学分析

建立了煤制替代天然气工艺中合成气甲烷化过程的热力学计算模型,并对该反应体系的10个反应进行了分析计算,得到了各组分的平衡组成和各反应的标准化学平衡常数.研究了反应温度、操作压力、原料气组分浓度和产品气循环比等对催化剂床层积炭的影响,发现容易导致积炭的热力学条件为550~800 ℃的反应温度和0.1~1.5 MPa的操作压力,且温度在700 ℃左右、操作压力低于1.0 MPa时催化剂床层积炭量最大.本研究针对催化剂床层积炭规律提出了低温、相对高压、合理的原料气组成是有利于缓解催化剂床层积炭、提高产品收率及保持催化剂活性的优化反应操作条件.     

甲烷自热重整制氢热力学分析

为了优化甲烷自热重整制氢过程的反应条件,运用吉布斯自由能最小化方法对过程进行了热力学计算,研究了重整过程的反应温度、空碳比、水碳比对平衡组成的影响。模拟结果表明,适宜的水碳比为2.5～3.5,空碳比2.0～3.5,重整温度700℃～850℃,每摩尔甲烷生成2.17mol～2.23mol氢;以水碳比1.5为例,对不同空碳比下的组分的产生和转化的机理进行了分析。     

甲烷部分氧化制合成气

对镍铜甲烷部分氧化催化剂的制备化学研究表明，在Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ｍｇＯ、ＴｉＯ２、Ｙ型分子筛等载体中，具有较好氢溢流功能的Ａｌ２Ｏ３所担载的镍铜催化剂，有最佳的反应性能、载体的产物溢物功能对反应中合成气的生成是有利的，对ＮｉＯ－ＣｕＯ－Ａｌ２Ｏ３催化剂，组分Ｃｕ的最佳含量是Ｃｕ／Ａｌ＝０．２／４（原子比），Ｎｉ／Ａｌ（原子比）在１／４－１．５／４范围内催化剂均保持最佳的反应性能，此时，甲烷转化     

甲烷部分氧化制合成气的研究

考察了镍基和钴基催化剂催化甲烷在自放热条件下部分氧化制合成气。结果表明，在较高的空速条件下，反应一旦引发即可停止供热，仅靠反应自身放出的热量就能维持反应的继续进行：Ｎｉ／Ｌａ２Ｏ３催化剂中的镍负载量大于１０％后，镍负载量对催化活性无明显的影响；ＣＨ４的转化率及Ｈ２和ＣＯ的选择性均随空速和反应温度的增加而提高；对Ｎｉ／ＺｒＯ２和Ｃｏ／ＺｒＯ２催化剂，反应进行到６－１２ｈ时，ＣＨ４转化经最高；但对Ｎｉ     

甲烷三重整制合成气

甲烷三重整是利用CO₂-H₂O-O₂ 同时重整甲烷的过程。该工艺既可以生产H₂/CO 为1.5 —2.0的合成气,又可以缓解甚至消除催化剂的积炭,适合于更廉价地生产用于合成甲醇、二甲醚以及清洁燃料等下游产品的合成气。本文重点评述了近年来国内外甲烷三重整制合成气在热力学、催化剂、反应器、动力学等方面的研究进展,指出甲烷三重整反应在电厂烟气、煤层气、天然气综合利用方面具备良好前景,但要通过该过程实现廉价合成气的生产,仍需研制高活性、抗积炭性能强的催化剂,并对反应器进行改进,以及进行反应机理和反应动力学的深入研究。     

双柱串联色谱一次分析甲烷部分氧化制合成气产物

采用ＰｏｒａｐａｋＮ色谱柱，延迟空管和１３Ｘ分子筛色谱柱串联方法，用一个ＴＣＤ，通过ＡｎａＳｔａｒ色谱工作站实时采集信号进行在线分析，可成功地一次性和分析ＰＯＭ产品气听ＣＨ４，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２等几处可能组分，消除了两台色谱仪无法同时取样分析和在两个不同ＴＣＤ检测器上采集数据引起的实验误差，提高了分析的可靠性。     

甲烷和二氧化碳在煤焦上反应制备合成气实验研究

以煤与甲烷共转化制备合成气的研究为背景,通过考察固定床反应器上甲烷和二氧化碳分别在石英砂、煤灰和煤焦上的反应过程,证实了煤焦中的碳结构在共转化过程中对甲烷转化具有催化作用。同时考察了反应温度（1073K～1223K）、CH₄/CO₂比（0.33~3.00）和气固接触时间等工艺条件对甲烷转化率、气相产物中H₂/CO比的影响。结果表明,甲烷的转化率随着反应温度和气固接触时间的增加而增大,随CH₄/CO₂比的增加而减小。在考察范围内甲烷的转化率最高达到了86%。反应物中CH₄/CO₂比的改变可以起到调节产品气中H₂/CO比的作用,0.4~2.0调节。     

甲烷和空气部分氧化制合成气

使用空气做氧化剂,可减轻甲烷部分氧化制合成气反应中催化剂床层的“热点”问题,而且可大大降低加压反应条件下反应爆炸的危险性,因此易于工业化,对国内外在这一领域的研究总结表明,以空气与甲烷部分氧化制合成气在理论和反应条件上都是可行的,但忖用于空气来转化CH4的抗高温烧结和抗结炭性能好的催化剂有待进一步研究和开发,参考文献10篇。     

甲烷氧化制合成气两段反应新工艺

Interest in conversion of natural gas to liquid hydrocarbons (GTL) by Fischer-Tropsch synthesis has grown significantly over the last decade. Most research and development work has focused on syngas production step, which accounts for more than 50% of the total investment. Reducing the cost of syngas production would have great beneficial effects on GTL process. Catalytic partial oxidation of methane (CPOM) to syngas is a slightly exothermic, highly selective, and energy efficient process. It gives syngas with n(H2)/n(CO)=2, directly suitable for F-T synthesis. However, CPOM process has not yet been used commercially. The major engineering problems are the high temperature gradient and the risk of explosion with premixed CH4-O2 mixture, which is within the ignition and explosion limit. In fluidized-bed reactors, the heat transfer is much better, which ensures a more uniform temperature and safer operation. A technology for syngas production by contacting CH4 with limited amount of steam and O2 in a fluidized-bed reactor has been developed[1].     

Oxidative reforming of methane for hydrogen and synthesis gas production:Thermodynamic equilibrium analysis

A thermodynamic analysis of methane oxidative reforming was carried out by Gibbs energy minimization (at constant pressure and temperature) and entropy maximization (at constant pressure and enthalpy) methods,to determine the equilibrium compositions and equilibrium temperatures,respectively.Both cases were treated as optimization problems (non-linear programming formulation).The GAMS 23.1 software and the CONOPT2 solver were used in the resolution of the proposed problems.The hydrogen and syngas production were favored at high temperatures and low pressures,and thus the oxygen to methane molar ratio (O 2 /CH 4) was the dominant factor to control the composition of the product formed.For O 2 /CH 4 molar ratios higher than 0.5,the oxidative reforming of methane presented autothermal behavior in the case of either utilizing O 2 or air as oxidant agent,but oxidation reaction with air possessed the advantage of avoiding peak temperatures in the system,due to change in the heat capacity of the system caused by the addition of nitrogen.The calculated results were compared with previously published experimental and simulated data with a good agreement between them.     

气流床粉煤气化的Gibbs自由能最小化模拟

用Gibbs自由能最小化方法对粉煤气化过程进行了热力学平衡分析。对一混合煤种,在3.0 MPa和气化温度限制在1 200 ℃～1 450 ℃时,研究了氧-煤比、蒸气-煤比对气化炉出口气体组成、温度和有效气产率的影响,并由此确定了可行的操作域是氧-煤比545m3/t～605 m3/t、蒸气-煤比为152.64 kg/t～313.92 kg/t及其对应的工艺指标。从操作域中选择有代表性的工艺条件为氧-煤比578 m3/t、蒸气-煤比为187 kg/t,对应的气化炉出口温度1 358 ℃,CO+H2干基体积分数为91.5%,有效气产率为2.123(CO+H2)m3/kg。同时,研究了碳转化率和热损失对气化工艺指标的影响,其影响是显著的。     

用于煤制天然气的气化-热解耦合系统模拟研究及能量分析

大规模煤制天然气系统中气流床气化是一种重要且富吸引力的技术。对一种气流床气化-热解耦合系统进行了研究。该系统中气化炉分为两段:主要进行煤焦气化的气化段以及主要发生煤热解的热解段。采用流程模拟方法建立了耦合系统模型并与煤气化废锅系统进行了比较。同时,考察了操作条件对耦合系统气化性能的影响,提出了优化的操作条件。结果显示,气化温度1400 ℃时,耦合系统优化的蒸汽煤比为250~300 kg(steam)·t^-1(dry coal)。耦合系统的冷煤气效率为88.18%,高于气化废锅系统(84.14%),且其消耗指标均有所降低。但耦合系统的气化性能受到热解段焦油和CH₄产率很大的影响。耦合系统总体能量利用效率为92.26%,略低于气化废锅系统(93.39%),但其火用效率比气化废锅系统高2.2%。这说明通过热解-气化的耦合方式能够有效回收气化高温合成气中的显热并提高其能量品位。     

煤焦水蒸气气化动力学模型及参数敏感性研究

在热重分析仪上对小龙潭煤焦、府谷煤焦和晋城煤焦水蒸气气化过程进行了研究。使用收缩核模型、混合模型和随机孔模型模拟了三种煤焦水蒸气气化反应过程。结果表明,混合模型总体上模拟效果最好,收缩核模型和随机孔模型对低变质程度的小龙潭煤焦气化过程模拟效果不佳,但是适用于模拟另外两种煤阶较高的煤焦气化过程。求解了三种模型的动力学参数,并分析了不同模型参数出现差异的原因。同时,采用敏感性分析法定量研究了模型中的参数发生偏差时引起模型误差的大小,并通过比较发现反应速率常数k为敏感性因素,而混合模型中反应级数n和随机孔模型中孔结构参数ψ为非敏感性因素。     

原煤可磨性对气流床粉煤气化混配煤煤粉均匀程度的影响

以气流床粉煤气化工业装置不同时期的两组进料煤粉为研究对象,在实验室按粒径对两组煤粉进行了筛分分组,对分组后子煤粉进行了煤质、煤灰特性及反应活性分析,研究了原煤可磨性差异对混配磨制后煤粉均匀程度的影响。结果表明,原煤可磨性对混煤煤粉的颗粒粒径分布及其均匀性均具有影响。混配磨制煤粉的粒径主要取决于原煤中可磨性指数较小的原煤,此原煤可磨性指数越小,煤粉颗粒粒径越大;可磨性相近的原煤混配制得的煤粉混合较均匀,可磨性差异较大的原煤混配煤粉混合不均,煤粉发生偏析,使得大颗粒煤粉中含有过多的难磨煤,导致煤粉的反应性能变差。     

等离子体辅助煤气化及影响因素

应用等离子体辅助煤气化反应装置对大同煤进行了实验研究，考察了供气量、供粉速率、发生器输入功率、水蒸气压力以及添加不同质量分数的CaCO3 和CaO对煤气化反应的影响，并对不同条件下产品气体的组成进行了分析。实验结果表明，装置的最佳工艺参数为供煤速率150 g/min、供气量18 m3/h、等离子体发生器输出功率100 kW、水蒸气出口压力0.3 MPa。加入添加剂CaCO3和CaO的质量分数分别为10%和5%时，催化效果最好。根据CaCO3和CaO的实验数据可知，在等离子体辅助煤气化过程中CaCO3起催化作用为主，CO2还原为辅。     

大气压等离子体射流重整CH_4-CO_2制合成气

采用大气压等离子体射流,以CH4和CO2直接作为放电气体进行常压下重整制合成气的实验研究,考察了等离子体射流的放电特征及放电距离、放电功率、原料气配比和流量对反应的影响。结果表明,该等离子体具有放电稳定、均匀的特征。重整反应的主要产物为合成气,只有少量的H2O和积炭生成。优化的反应条件为放电距离为9 mm,CH4和CO2的摩尔比为4/6。当原料气流量为1 000 mL/min,放电功率为88.4 W时,CH4和CO2的最高转化率为分别为94.99%和87.23%。甲烷和二氧化碳的转化率随放电功率的增加而增加,随流量的增加而减少。     

大气压等离子体射流重整CH4-CO2制合成气

采用大气压等离子体射流,以CH₄和CO^₂直接作为放电气体进行常压下重整制合成气的实验研究,考察了等离子体射流的放电特征及放电距离、放电功率、原料气配比和流量对反应的影响。结果表明,该等离子体具有放电稳定、均匀的特征。重整反应的主要产物为合成气,只有少量的H₂O和积炭生成。优化的反应条件为放电距离为9mm,CH₄和CO₂的摩尔比为4/6。当原料气流量为1000mL/min,放电功率为88.4W时,CH4和CO₂的最高转化率为分别为94.99%和87.23%。甲烷和二氧化碳的转化率随放电功率的增加而增加,随流量的增加而减少。