直流电晕等离子体重整甲烷二氧化碳制取合成气的研究

为了探究线筒式直流电晕等离子重整CH_4和CO_2制合成气的效果,利用直流电晕放电装置对CH_4和CO_2进行了重整实验。考察了大气压下甲烷含量、放电电压和进气流量对反应物转化率、产物选择性和能量转化效率的影响。结果表明,随着进气中甲烷含量的增大,CH_4转化率下降,CO_2转化率上升,产物选择性和能量转化效率皆先上升后下降;随着电压的增大,原料转化率和选择性皆呈上升趋势,但都存在一个极限值,能量转化效率先上升后下降;随着进气流量的增大,原料转化率和产物选择性皆下降,能量转化效率先上升后下降。整体上,线筒式直流电晕等离子体重整甲烷和二氧化碳制取合成气具有设备简单、产物选择性高和能量转化效率高的优点。     

冷等离子体活化煤层甲烷的实验研究

为了探究冷等离子体促进煤层甲烷活化转化效果,以自制的实验系统对甲烷、氧气和氮气的混合气体进行了介质阻挡放电。结果表明,随着输入电压的增大,甲烷转化率增加,甲醇选择性减小,一氧化碳和二氧化碳选择性先增加后减小;随着放电频率的增大,甲烷转化率减小,甲醇、一氧化碳和二氧化碳的选择性先增加后减小;随着气体流量的增加,甲烷转化率降低,而甲醇、一氧化碳和二氧化碳选择性增大;随着反应气甲烷体积分数的升高,甲烷转化率和二氧化碳选择性降低,一氧化碳和甲醇的选择性先升高后降低;当反应气中氧气与氮气摩尔比升高时,甲烷转化率增大,而一氧化碳、二氧化碳和甲醇的选择性变化不大,但在氧气与氮气摩尔比为0.25时甲醇的选择性最大;较小的放电间隙利于甲醇选择性的提高,较大的放电间隙利于一氧化碳选择性的提高,而过小或过大的放电间隙都不利于甲烷转化率及二氧化碳选择性的提高。     

冷等离子体活化煤层甲烷的实验研究

为了探究冷等离子体促进煤层甲烷活化转化效果,以自制的实验系统对甲烷、氧气和氮气的混合气体进行了介质阻挡放电。结果表明,随着输入电压的增大,甲烷转化率增加,甲醇选择性减小,一氧化碳和二氧化碳选择性先增加后减小;随着放电频率的增大,甲烷转化率减小,甲醇、一氧化碳和二氧化碳的选择性先增加后减小;随着气体流量的增加,甲烷转化率降低,而甲醇、一氧化碳和二氧化碳选择性增大;随着反应气甲烷体积分数的升高,甲烷转化率和二氧化碳选择性降低,一氧化碳和甲醇的选择性先升高后降低;当反应气中氧气与氮气摩尔比升高时,甲烷转化率增大,而一氧化碳、二氧化碳和甲醇的选择性变化不大,但在氧气与氮气摩尔比为0.25时甲醇的选择性最大;较小的放电间隙利于甲醇选择性的提高,较大的放电间隙利于一氧化碳选择性的提高,而过小或过大的放电间隙都不利于甲烷转化率及二氧化碳选择性的提高。     

煤基合成气甲烷化反应过程的热力学计算与分析

建立了煤基合成气甲烷化反应过程基于吉布斯自由能最小法的热力学计算模型。考察了温度、压力对CO,CO_2单独及同时甲烷化反应的影响,探讨了原料气脱碳处理后,CO_2摩尔分数对CO转化率、CH_4选择性、CH_4产率及积炭的影响。结果表明,低温高压有利于甲烷化反应。在多数情况下CO转化率要高于CO_2,尤其是温度低于600℃时,CO甲烷反应比CO_2更容易发生;随着温度进一步升高,CO_2转化率明显上升,而CO转化率迅速下降。另外,当原料气中CO_2摩尔分数低于2.44%时对积炭无影响,对CH_4的选择性和产率降幅小于10%,在脱碳工艺中可以不予脱除。     

直流电弧等离子体甲烷二氧化碳重整反应

采用一种简单结构的直流电弧反应器,在无催化剂存在的条件下,高效率地实现了毫秒级甲烷二氧化碳的重整反应,产物选择性好,并且在反应过程中几乎没有积炭生成。在恒定输入功率(170W)的条件下考察了气体总流量和二氧化碳/甲烷摩尔比对反应结果的影响。提高反应气体的输入能量密度可以提高甲烷和二氧化碳的转化率,并且能够有效地抑制副产物的生成。当二氧化碳/甲烷摩尔比为1时,二氧化碳转化率为89.8%,甲烷转化率为96.3%,氢气和一氧化碳的选择性分别为99.6%和99.3%。二氧化碳过量可显著促进甲烷的转化以及同时获得合成气的高选择性。采用比能耗对该过程的能量利用效率进行了分析,以期指导反应条件优化以提高过程的能量利用效率。     

城市生活垃圾气化粗燃气与甲烷气流床高温重整制合成气模拟计算

对垃圾气化粗燃气(FG)与填埋气中分离出来的甲烷共重整过程进行了模拟分析。考察了温度、H_2O与O_2添加量、甲烷与气化粗合成气混合比例等对气化气和甲烷共重整制合成气特性的影响。结果表明,在气流床操作温度范围内(1 100℃),反应温度的升高有助于提高甲烷转化率;合成气组分随H_2O∶O_2∶CH_4变化明显,所有工况下水蒸汽的加入都会显著降低反应系统的理论温度、CH_4转化率以及合成气中CO的含量。综合考虑CH_4转化率、冷煤气效率,将O_2/CH_4及H_2O/CH_4分别控制在0.65~0.8、0~0.3是比较合理的操作区间。     

焦炉煤气非催化部分氧化制合成气实验研究与数值模拟

在带有单孔喷嘴石英管反应器实验的基础上,对焦炉煤气非催化部分氧化工艺制合成气进行了研究,分析了O_2/GAS比对合成气各组分含量的影响,反应器中反应过程和温度分布及出口产品组成.实验结果表明CH4转化率随O_2/GAS比增大而增大,O_2/GAS比调节到0.22～0.26时,CH_4转化率达到95%～97%,此时合成气CH_4含量低于1%.利用CFD软件平台对转化反应器进行了数值模拟.模拟结果显示,流量一定时出口气体组分H_2与CH4分别随着进气氧气与焦炉煤气体积流量比值的增加而减少.CO和CO_2分别随着比值的增加而增加.出口气体有效组分摩尔分数随进气流量的变化不是非常明显.在壁面温度为1 100 K时转化效果最好.     

微通道内甲烷/湿空气重整转化效率实验研究

用沉淀法制备了涂覆在微通道内壁面的Ni/Al2O3催化剂,在自行搭建的实验系统上进行了微通道内甲烷/湿空气催化重整的实验研究,考察了催化壁面温度、空碳比及甲烷体积流量对甲烷/湿空气重整转化效率的影响,并与数值计算结果进行对比.结果表明,随着催化温度的升高,甲烷转化率不断升高;相同水碳比下,甲烷的催化转化率随着空碳比的增大而增大;随着甲烷体积流量的增大,甲烷转化效率呈现先增大后减小的变化规律.反应温度为1 023 K,甲烷体积流量为20 mL/min时,实验所得甲烷转化率达到最大值,为61.3％.     

非催化加压甲烷部分氧化制合成气

考察了非催化条件下，温度、压力和进气配比对甲烷部分氧化制合成气的影响，结果表明：甲烷的转化率随温度的升高，压力的增加，进气中氧的增加而增加；产物中合成气含量随温度的升高而增加，最高达81％以上；随着温度的升高，产物中H2／CO存在极值，在本实验的研究范围内，最大可达1．8；进气中氧增多，产物中H2／CO减小；温度升高，或压力增大，CO2的选择性也随之提高．对CO选择性的正交分析表明，进气配比对CO选择性影响最大，压力次之，温度的影响最小．     

介质阻挡放电裂解CO_2的实验研究

考察了CO_2进气流量、放电功率、放电频率对介质阻挡放电(DBD)裂解CO_2反应的影响。结果表明,CO_2转化率随着CO_2进气流量的增加而减小,随着放电功率的增加而增加,随着放电频率的增大略微减小,但变化幅度不大。DBD转化CO_2能量效率几乎不随CO_2进气流量和放电功率改变,仅随放电频率有所改变。     

工业费托合成浆态床反应器的模拟

作为煤间接液化工业装置的核心设备,费托合成反应器的性能对装置的经济性有着举足轻重的影响。基于双气泡的轴向扩散模型耦合尾气循环开发了浆态床反应器模拟软件,对神华宁煤4×10~6 t/a的煤间接液化工业装置的费托合成反应器进行了计算分析,得到了合成气转化率、产物选择性等数据。计算结果和运转数据相一致,验证了反应器模型的合理性。在此基础上,利用模型对新鲜合成气氢碳比的影响进行研究,结果表明,随氢碳比的增加,CO的总转化率的变化不显著,H_2的总转化率明显下降,CO_2的选择性下降,CH_4选择性上升,单位合成气产油率下降,说明氢碳比的提高,在抑制水煤气变换反应发生的同时会造成产品的轻质化。     

铁基氧载体化学链CO_2重整CH_4方法制备合成气

提出一种铁基氧载体(Fe_3O_4/FeO)化学链CO_2重整CH_4方法制备合成气。为评价该系统的性能,采用Aspen Plus软件对其进行过程模拟和热力学分析。以CH_4转化率、CO_2转化率、能源利用效率和产气氢碳比(H_2/CO)为评价指标,得到系统的优化运行条件,并研究各操作参数(包括各反应器的温度和压力、氧载体甲烷比和CO_2甲烷比)对系统性能的影响。结果表明:当系统处于优化工况时,得到CH_4转化率为97.91%、CO_2转化率为32.76%、能源利用效率为93.77%及产气氢碳比为0.93。该系统能有效利用CO_2和CH_4这两种温室气体获得较低氢碳比的合成气,利于二甲醚的高效合成。     

费托合成铁基催化剂浆态床反应性能的研究

为了获得工艺参数对铁基催化剂费托合成产品分布的影响规律,在浆态床反应器中考察了反应温度、反应压力、氢碳比、空速对铁基催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,温度升高时,催化剂活性、CO_2和CH_4选择性均升高,产物向轻组分分布;压力增大时,催化剂活性和CO_2选择性升高,CH_4选择性下降,产物向重组分分布;随氢碳比的增加,催化剂活性和CH_4选择性升高,CO_2选择性下降,C_(5+)呈下降趋势;随空速增加,催化剂的活性和CO_2选择性下降,CH_4选择性上升,C_(5+)向轻质烃分布。选择合适的工艺条件,可有效改善铁基催化剂的费托合成反应性能,控制碳链长度和产物的分布,提高费托合成反应的经济性。     

电晕放电脱除硫化氢的研究

利用直流电晕放电法脱除H_2S气体,并对电极形状、电极间距、温度和气氛进行了考察,结合不同输入能量比(specific input energy,SIE)条件下H_2S的转化率、总能量产率等进行综合分析。结果表明,电晕区较为均匀的圆钢型电极和较小的电极间距有利于H_2S气体转化反应的进行;电压相同时,温度越高H_2S的转化率越高,但是SIE相同时,温度越高H_2S的转化率反而越低,所以电晕放电脱除H_2S气体时温度的选择应根据实际需求而定;即使较高浓度的CO的存在,也不影响H_2S的转化,输入能量较高时微量的CO转化为CO_2。     

直流等离子体法焦炉煤气制乙炔试验研究

为替代污染严重的电石法制乙炔工艺,寻求一条洁净化乙炔生产工艺,利用100 k W直流等离子体装置进行了焦化厂焦炉煤气与解析气制乙炔的研究,分析了原料气流量、氢烷比、反应腔体直径对反应指标的影响。结果表明,随着原料气流量增大,焦炉煤气和解析气主要指标变化趋势相同,CH_4转化率、乙炔选择性、乙炔收率提高,能耗下降,其中焦炉煤气CH_4转化率为50.13%~62.95%,乙炔选择性为60.1%~71.3%,乙炔收率为30.1%~44.8%;解析气CH_4转化率为56.65%~69.56%,乙炔选择性为70.05%~83.33%,乙炔收率为39.6%~57.9%。随着氢烷比的提高,CH_4转化率、乙炔选择性和收率下降,且解析气中CO_2和O_2含量较高,促进了CH_4裂解,使解析气反应结果较好,CH_4转化率最高为69.56%,乙炔选择性83.33%,乙炔收率57.96%,乙炔能耗最低为13.66 k Wh/kg。反应腔体直径为16 mm时,反应结果优于直径17 mm。     

平板微反应器内甲烷催化部分氧化重整数值分析

联合使用可以计算表面反应的化学反应动力学软件CHEMK IN4.0和计算流体力学软件CFD,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上甲烷部分氧化重整制合成气进行了数值分析,并探讨了反应通道高度和长度对反应性能的影响。结果表明:在较短的接触时间内,能够得到较高的甲烷转化率和稳定的合成气组分,氢气与一氧化碳的摩尔比在1.5—2.0;在绝热边界条件下,反应通道高度增大,甲烷的转化率、出口氢摩尔分数以及氢选择性降低,出口温度升高;反应通道长度增大,甲烷的转化率、出口氢摩尔分数以及氢选择性提高,出口温度降低。     

甲烷常压非催化部分氧化热模实验研究

氧气/甲烷摩尔比、操作负荷以及二氧化碳添加的研究对天然气非催化部分氧化转化炉运行优化和调节合成气氢气/一氧化碳摩尔比非常重要。文中搭建了天然气非催化部分氧化热模实验平台,考察了上述因素对出口合成气组成的影响。在研究范围内得出以下结论:氧气/甲烷摩尔比从0.85增加到1.10,出口甲烷摩尔分数随之降低,有效合成气(一氧化碳+氢气)摩尔分数先增大后减小,在氧气/甲烷摩尔比为0.95时达到最大值87.75%;由于壁面热损失和停留时间的影响,提升操作负荷有利于提高有效合成气摩尔分数,但会导致甲烷转化率下降;添加的二氧化碳参加了逆水蒸气变换反应及甲烷二氧化碳重整反应,使合成气中一氧化碳摩尔分数随二氧化碳/甲烷摩尔比的增加而增加,氢气的变化趋势则与之相反。     

热等离子体催化耦合重整CH_4和CO_2制合成气

常压下,利用实验室制备的Ni-Ce/Al2O3催化剂,进行了热等离子单独重整与热等离子体催化耦合重整CH4和CO2制合成气的实验研究。实验中,催化剂被放置在等离子体反应区,催化剂床层由高温等离子射流气体加热。固定原料气配比V(CO2)/V(CH4)=1、等离子体工作载气流量0.8 m3/h及放电功率3.5 kW不变,考察了原料气总流量对原料转化率、产物选择性、化学能效和催化剂积碳速率的影响;并探讨了助剂Ce在重整反应中的作用。结果表明:随原料气总流量的增加,CH4和CO2转化率降低,H2和CO选择性无明显变化,C2H2选择性和催化剂积碳速率增加。热等离子催化耦合重整比热等离子单独重整具有较高的原料转化率、H2和CO选择性、化学能效值和较低的C2H2选择性。     

垃圾填埋气部分氧化重整制合成气的热力学分析

采用吉布斯自由能最小法对垃圾填埋气(简化为甲烷与二氧化碳混合物)部分氧化重整制合成气进行了热力学分析,得出了生成适于费托反应的合成气组分的最适反应条件。结果显示:当反应温度大于1 073 K时,CH_4转化率大于99%,反应生成的气体中CH_4的含量小于0.25%。分别提高反应温度和O_2/CH_4摩尔比均有助于抑制积炭的生成。反应生成的气体中,H_2和CO分别达到最大值时,所对应的反应条件的范围不同,但在特定条件下它们有所重叠。填埋气组分CO_2/CH_4摩尔比分别为0.5,0.7,0.9时,通过等高线法得到了生成适于费托反应的合成气组分所需的最适反应条件,而CO_2/CH_4摩尔比为1.1时,无法获得相应的最适反应条件。     

射频等离子体甲烷有氧转化研究

利用夹套型反应器对甲烷的射频等离子体有氧转化进行了系统的研究,得到了产物H2、C2H4、C2H8、C2H2和少量的CO2。研究表明,激发电压、放电面积、O2／CH4配比和气体总流量对甲烷的转化率、C2烃的收率和选择性有显著影响,其适宜的转化条件为：激发电压1150V,放电面积7．065cm^2,O2／CH4配比0．17,混合气体总流量220mL／min。在此条件下得到甲烷转化率为80．4％,C2烃的总收率和总选择性为14．3％和18．7％