太阳能煤气化实验研究

基于目前煤炭气化理论,提出了太阳能煤炭气化,将低能量的太阳光聚集成高能流密度的光线束直接照射无氧状态下的煤粉,使高温煤粉与水蒸汽发生系列反应。设计并多次进行太阳能水煤气实验,测得混合气中H2,CO和CO2的组分比,处理分析后表明:温度低于700℃时,混合气中H2体积分数最多可达70%,生成少量CO且二者变化较明显;升高温度,H2转化率降低,CO与CO2之间的相互转化显著;当温度在1000～1050℃时,生成的有效气体(H2和CO)最多,煤炭转化利用率近似99%;继续升高温度,混合气体组分再次出现波动,反应逐渐趋向不稳定,表现出突变的异常现象。     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5~10 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

粗煤气环境下褐煤热解过程中CH_4逸出规律研究

现对鄂尔多斯褐煤在粗煤气环境下快速热解气化过程中CH_4生成逸出规律进行研究。研究了温度、压力、气氛对CH_4生成特性的影响。在H_2/CO/N_2气氛下,CO歧化反应较CO甲烷化反应易进行;煤加压热解过程中CH_4总产量随温度升高而增大,700 ℃时达到最大,该变化规律主要受H_2/CO/N_2气氛中CO甲烷化反应控制。在H_2/CO_2/N_2混合气氛中,水煤气变换逆反应远比CO_2甲烷化反应容易进行,特别是在温度升至700 ℃后,前者反应CO_2转化率远远超过后者,煤热解CH_4总产量随着温度升高而增大,在800 ℃时达到最大,之后略有减少,该变化规律主要受水煤气变换的逆反应控制。实验表明,在粗煤气环境中,700 ℃是煤热解最佳反应温度。     

内蒙颗粒褐煤的气化特性研究

以粒度为5¹0 mm的大颗粒内蒙褐煤为原料,分别以H2O(g)和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置进行气化模拟实验,并测定煤气组分、气化残焦的微观结构,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对内蒙褐煤气化反应特性的影响。结果表明,CO2为气化剂时,随着反应温度升高,煤气中CO、H2、CH4含量越多,煤气热值也越高;以H2O(g)为气化剂时,H2含量随着反应温度升高而增大,CO含量则先增大后降低,CH4则降低,煤气热值最高可达12.19 MJ/m3;反应速率在气化约30 min时达到最大;H2O(g)气化的碳转化率、气化反应速率和煤气热值均高于CO2气化,表明H2O(g)作气化剂比CO2好。     

工艺条件对耐硫变换催化剂COS转化活性以及甲硫醇生成量的影响

模拟工业装置的工艺条件,考察了原料气中CO和H2S含量、温度和水气比等因素对耐硫变换催化剂COS转化活性和甲硫醇生成量的影响。结果表明,当原料气中CO和H2S含量较高时,会有甲硫醇生成,且其生成量随着CO和H2S含量增加而增加;受平衡的影响,原料气中H2S含量升高时,COS转化率降低;增加反应温度,可以提高COS的氢解反应活性,并减少甲硫醇的生成,但不利于COS的水解反应。水气比具有提高COS转化活性并减少甲硫醇生成的双重作用:水气比较低时,其值从0增加到0.2,COS转化率从89.65%增加到97.82%,表明COS的水解反应比氢解反应更容易进行;当水气比为0.3时,反应后的尾气中只有微量甲硫醇生成,当水气比大于0.4时,反应后几乎无甲硫醇生成。     

甲醇合成催化剂的工艺参数优化及反应机理探讨

对自主研制的甲醇合成催化剂进行工艺参数优化,同时根据实验结果对合成气条件下甲醇合成的反应机理进行探讨。实验采用16通道反应器,考察反应温度和接触时间对合成甲醇反应速率的影响,确定适宜的催化剂工艺条件。结果表明,在较长接触时间下,随着温度的升高,CO转化率、H_2转化率和甲醇相对含量先升高后降低,CO_2转化率降低。在较低温度下,CO_2转化率随接触时间延长基本不变,表明甲醇中碳元素主要来自于CO,而CO_2浓度处于水汽变换反应与加氢形成甲醇反应之间的平衡状态。     

球载纳米TiO_2光催化氧化低质量浓度甲醛

采用玻璃珠作为纳米TiO2光催化剂载体,应用填充式光催化反应器,对低质量浓度甲醛进行光催化降解。研究不同甲醛质量浓度、反应温度、湿度下,甲醛转化率及反应速率变化情况。研究结果表明,0.095 g光催化剂即可使20 mg/m3甲醛转化率达到61.3%。随甲醛质量浓度升高,甲醛转化率呈先降低后升高趋势,反应速率随质量浓度的升高而升高,基本符合Langmuir-Hinsherwood模型。随温度升高,甲醛反应速率降低,反应温度对低质量浓度甲醛影响较小。甲醛反应速率随湿度升高先下降,相对湿度高于30%时,基本不再变化。反应产物主要为CO2,温度高于115℃时,参与反应的甲醛可全部转化为CO2。     

流化床反应器中CO2甲烷化过程实验研究

设计制造一套千瓦级容量甲烷化流化床反应装置,进行甲烷化流化床反应器运行特性实验研究.综合考察温度、空速、压力对甲烷化反应转化特性的影响,并在此基础上对电转气工艺设计思路进行探讨和分析.结果表明:随着温度的升高,CO2转化率先逐渐上升再下降,因此在单级流化床反应器内难以兼顾反应转化效率和副产蒸汽品质;甲烷化反应速率快,空速增大时CO2转化率只有小幅降低,因此采用大空速可节省催化剂用量,但可能会带来颗粒破碎隐患;压力增大可有效提高CO2转化率,但会提高电转气工艺投资成本,应采用分离设备或水汽冷凝脱除设备,低压下实现高转化率.     

稻壳在水蒸气中气化实验研究

在流化床实验装置上以水蒸气为气化剂,对稻壳进行热解气化的实验研究,分别考察单因素反应温度(500~700℃)、蒸气流量(7~11kg/h)和进料速率(1.2~3.6kg/h)对产气率及其主要组分(H2、CO、CH4、CO2)的影响。实验结果表明:温度的升高可提高气化气产率及气体组分中CH4和H2的含量,同时降低了CO2的含量,随温度升高,CO的含量呈先增加再降低的趋势。蒸气流量和进料速率的增加对产气率影响分别在500℃和700℃呈现出了不同的规律,说明了在不同反应温度下床内起主导作用的反应不同。在700℃,随蒸气流量和进料速率增加,气化气中H2、CO和CO2的含量都有小幅度变化,CH4体积分数稳定在12%左右。在条件考察范围内,当反应温度为700℃、蒸气流量为7kg/h、进料速率为1.2kg/h时,产气率和H2体积分数分别有最大值,为725L/h和18.05%。     

抗生素菌渣的流化床快速热解特性

选取青霉素菌渣在微型流化床反应分析仪中进行了快速热解实验,研究了热解产物随温度的变化规律,并采用等转化率法和模型配合法对实验数据进行回归拟合,求算反应动力学参数,分析反应机理。结果表明:随热解温度升高,气体产量增加,焦炭产量减少,生物油的产量先增加后减少,在600℃左右时达到最大值,约为33.5%。而且温度的升高加快气体产物的转化速率,其中对CO和CH_4转化速率的影响要比H_2和CO_2明显。利用等温法求算出的气体产物(H_2、CH_4、CO_2和CO)的活化能平均值分别为20.88kJ/mol、39.81 kJ/mol、23.39kJ/mol和10.27kJ/mol,生成CH_4、H_2、CO_2、CO的难度依次下降;同一产物不同转化率下的活化能存在差异,表明不同反应阶段有不同的反应机理。热解过程中生成CH_4的反应符合1.5级化学反应,而H_2、CO和CO_2的生成符合2级化学反应。     

不同工艺条件下耐硫甲烷化催化剂的反应活性研究

考察了钼基耐硫甲烷化催化剂在不同反应温度下的催化活性,结果表明反应温度在560℃附近时甲烷化活性最高。在此温度下研究了空速、原料气中H2S、H2O、CO2、CH4、H2/CO等浓度对反应活性的影响,结果表明,原料气中H2S含量的增加有利于提高催化剂的甲烷化反应活性;H2O的加入促进了水煤气变换反应的进行但抑制了甲烷化反应,因此CO转化率虽没有下降但甲烷化效率却有所降低;添加CH4对甲烷化反应没有明显影响,而添加CO2则明显抑制了甲烷的生成。结合催化剂表征结果进一步对各因素的影响机理进行了分析,这为耐硫甲烷化工艺条件优化及催化剂设计提供了重要依据。     

稀土氧化物上SO2和NO的催化还原V.以城市煤气作还原剂同步脱硫脱氮

考察了氧化镧作催化剂在单独脱硫和同步脱硫脱氮反应中,城市煤气替代CO作还原剂的可行性。结果表明在La2O3催化剂上,不仅可以获得较高的单独脱硫效率,而且也有较高的同步脱硫脱氮转化率。煤气中的CH4在任何情况下都不参与反应,而其中的H2视反应温度的高低而不同程度地参与反应。当反应温度低于600℃时,H2不参与反应。研究表明适宜的反应温度为500℃~550℃,此时副产物H2S和COS的生成均为最小,可使SO2和NO的转化率分别大于87%和97%,元素S的选择性接近100%。     

煤气发生炉造气过程煤炭与热量消耗的分布概算

通过合理的简化和假设,经计算指出:在常压固定床煤气发生炉气化反应过程中,碳与氧的氧化反应、水煤气反应和CO还原反应各消耗总用煤量的33.2%、47.5%和16.0%,随灰渣排出炉外的煤占总用煤量的3.3%。饱和温度控制的不同,则各反应的反应强度不同,煤气中H2、CO及CO2组分比例不同,各反应层煤炭消耗的比例也略有不同;氧化反应放热量的56.92%用于水煤气反应和CO还原反应,其余43.08%为反应余热,气化用煤气化反应活性越强,消耗的反应余热越少。     

气化参数对气流床粉煤气化影响实验研究

为评价和优化中国高、低灰熔点煤气化运行参数对气流床气化特性的影响,在1600℃的一维常压沉降式气流床气化实验系统上,着重研究了中国典型高、低灰熔点煤在1200～1600℃温度范围内、O／C摩尔比在0．9～1.2范围内的干煤粉气化特性。结果表明：随着温度的升高,产气中CO、H2含量逐渐增多,CO2、CH4含量逐渐减少,碳转化率有很大提高;随着O／C的增加,CO、H2含量不断减少,CO2逐渐增加;煤的灰熔融性也是影响煤气组分一个重要因素,当气化反应温度接近煤灰熔点温度时,煤气组分（CO＋H2＋CH4）达到一个最大值。     

煤制合成天然气甲烷化反应研究

采用本征动力学装置进行了煤制合成天然气(SNG)甲烷化反应研究,实验采用0.154~0.198mm的自制甲烷化催化剂NJ34,反应温度300~500℃,反应压力2.0~5.0 MPa,体积空速5 000~9 000h-1。实验结果表明,在温度和空速一定的条件下,反应压力的变化对催化剂的CO转化率、CO2转化率以及总碳转化率的影响不明显;在反应温度和压力一定的条件下,气体空速的变化对催化剂的CO转化率的影响不明显,CO2转化率出现了一定的波动;在压力和空速一定的条件下,随着反应温度的提高,CO和CO2转化率都呈下降趋势,且CO2转化率的下降更加显著。     

用水煤气或半水煤气生产城市煤气新技术

一种用水煤气或半水煤气生产城市煤气的新工艺,其要点是改变煤气中 C,H,O 三元组成的比例,使变比后的组分进入平衡炭生成等温线的非析炭区,采用常用甲烷化催化剂,使变比后煤气中的 CO 及 CO_2在本方法的高速固定床外冷式反应器内进行甲烷化反应。可得到 CO 含量小于1%,硫含量小于10ppm,热值大于12560kJ/m~3的产品气。本方法尤适宜有中、小氮肥厂的地方推广使用。     

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。     

基于化学链制氧的煤气化集成系统工艺参数分析

利用化学链制氧（chemical looping air separation,CLAS）取代传统空气分离制氧技术,提出了基于化学链制氧的煤气化集成系统。以Mn2O3/Mn3O4为氧载体,依据Gibbs自由能最小化原理,利用Aspen Plus对该集成系统进行模拟研究。结果表明,当还原温度高于840℃时,还原程度和粗煤气温度不随还原温度增加而发生明显变化,H2、CO和CH4流量及含量变化趋势较平缓,冷煤气效率为80%左右;随CO2循环比增大,水蒸气用量逐渐减少,粗煤气中H2流量和含量降低,CO流量和含量升高,CH4流量和含量基本不变,冷煤气效率升高,粗煤气温度降低。气化压力变化对粗煤气中H2、CO和CH4流量和含量无明显影响,气化压力升高会降低冷煤气效率,提高粗煤气温度。     

煤基合成气制SNG反应工艺的研究

采用2个模拟绝热反应器串联的模试装置,对自主研发的NCJ-1宽温型催化剂与NCJ-2低温型催化剂进行了活性评价,研究了煤基合成气制SNG的反应工艺。试验采用的原料气组成(φ)为:H268.4%,CO 19.6%,CO_23.0%,CH_49.0%,考察了空速、入口温度、新鲜气中CO_2体积分数、循环比、反应压力、一反入口加水量等条件对甲烷合成的影响。试验结果表明:空速上升对反应转化率和气体出口浓度的影响不太明显,但热点位置会下移;入口温度在高于250℃的前提下,随着温度的升高热点温度急剧上升;CO_2入口体积分数上升,CO_2转化率上升;通过改变循环比可以有效控制一反入口CO_x体积分数,使反应热点温度控制在催化剂允许的范围内;随着压力升高,热点温度、CH_4出口体积分数、CO转化率、CO_2转化率均上升;一反入口加水有利于控制床层温度,并有效保护催化剂,防止积炭。     

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。