气体组分对绝热甲烷化反应温度和总转化率的影响研究

近年来,受天然气需求增加和环保压力影响,煤制天然气和焦炉煤气制天然气成为能源领域研究热点,而甲烷化技术是煤制天然气和焦炉煤气制天然气相关技术的核心之一。文章采用Aspen Plus模拟软件,模拟选取7组典型甲烷化反应原料气,研究了原料气组分变化对甲烷化反应温度和总碳转化率的影响。研究结果表明:绝热甲烷化反应器出口温度随着H2、CO的浓度增加而增加,随着CH4、CO2、N2和H2O浓度增加而降低,其中CH4和H2O的变化影响较为显著,所以在工艺流程设计和现场装置操作时,选取CH4和H2O作为甲烷化反应的主要控制手段。∑CO+CO2的总碳转化率随着原料气中CO、CO2浓度的增加而降低,随H2浓度增加而快速增加,而与N2、CH4和H2O的浓度影响较小。文章研究结果既可作为甲烷工艺设计的技术基础,也可对甲烷化现场装置的安全操作提供技术指导,促进煤制气产业的健康、快速发展。     

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。     

耐硫甲烷化催化剂的研究

煤制天然气采用耐硫甲烷化催化剂,减小了反应设备体积,对节省投资和降低能耗有积极意义。采用等体积浸渍法制备系列Mo-Ni/γ-Al2O3耐硫甲烷化催化剂,并对催化剂活性及耐硫性进行评价,考察浸渍液中不同Co和W元素添加量对催化剂活性的影响。结果表明,耐硫甲烷化催化剂活性中心MoS2和WS2的生成有利于提高CO转化率和CH4选择性,促进合成气生成CH4,Co的添加不利于提高催化剂的CO转化率和CH4选择性,而W元素的添加有利于提高催化剂的CO转化率和CH4选择性。在反应温度550℃、压力2 MPa和空速1 800 h-1条件下,n（H2）∶n（CO）=1∶1时,CO转化率为64.24%,CH4选择性为52.00%。n（H2）∶n（CO）=3∶1时,CO转化率为77.90%,CH4选择性为68.41%。     

煤制天然气净化气体的组成及控制方法

介绍了煤制天然气甲烷化反应机理,分析了甲烷化反应原料气的组成及对甲烷化反应的影响,详细阐述了原料气中CO2不足对成品天然气热值造成的损失,并以辽宁大唐国际阜新煤制天然气装置为例进一步深入研究了煤制天然气净化气组成的控制方法。     

基于甲烷化反应原理与特点的煤制天然气技术链优化构想

煤制天然气技术链复杂、各工段温度多次升降,造成整体能耗较高。甲烷化是煤制天然气技术链中的关键环节和核心工艺。基于甲烷化反应的原理与特点,以减少冷热交替和简化流程为目标,对煤制天然气技术链提出3个优化组合的构想:耐硫CO变换与耐硫甲烷化一体化、从低温甲醇洗工段向甲烷化工段补CO2、弃风/光制氢与甲烷化结合。耐硫变换与甲烷化一体化能够省去单独的变换工段,甲烷化后,工艺气体体积缩小,再进行脱硫脱碳,能降低设备尺寸;低温甲醇洗补碳至甲烷化工段,有利于更好地控制产品气中氢气的含量,提高产品气品质;弃风/光制氢与甲烷化结合,能省去变换单元和脱碳,使尽量多的碳转化为CH4产品,降低CO2排放。     

焦炉煤气制天然气工艺的设计研究

基于清洁生产和碳氢尾气合成天然气,设计了采用焦炉煤气制天然气的三段甲烷化工艺方案。对工艺设计中甲烷化催化剂的活性评价及影响进行了分析研究,研制了活性高、耐热性能好、抗结碳能力强的甲烷化催化剂。工业应用装置实践结果表明,该工艺设计方案运行稳定,焦炉煤气制天然气工艺技术及其催化剂完全能够满足合成天然气的技术要求,经三段甲烷催化剂处理后的焦炉煤气,其CO转化率大于99%,出口w(CO+CO2)50×10-6。     

添加气对直流等离子体转化甲烷制C_2烃的影响

在低温(300~500 K)常压下,考察了不同性质的添加气二氧化碳(CO2)、氩气(Ar)和氢气(H2)(添加气摩尔浓度0%~80%)对直流冷等离子体转化甲烷制C2烃反应的影响。研究结果表明:CO2虽能在一定程度上提高甲烷转化率,但不利于C2烃的生成;Ar和H2有利于提高甲烷的转化率和C2烃选择性;添加气体对C2产物的分布研究发现:CO2有利于C2H4的生成,添加气Ar不影响产物C2烃的分布,H2在一定程度上促进了C2H4的生成;在实验考察范围内,增加体系的能量密度有利于提高甲烷的转化率;CH4-CO2体系中,C2烃选择性随能量密度的增加而升高;CH4-Ar体系中,C2烃选择性随能量密度的增加变化不大:CH4-H2体系中,C2烃的选择性随能量密度的增加呈现先升后降的趋势。     

我国焦炉煤气制天然气技术的进展

焦炉煤气制天然气是焦炉煤气综合利用的发展方向,如何脱除焦炉煤气中的CO和CO_2是焦炉煤气制天然气技术的难点。按是否进行甲烷化反应划分,焦炉煤气制天然气技术可分为甲烷化技术和非甲烷化技术,阐述了两种技术的研究进展和工业化现状,比较了两种技术的优缺点。甲烷化技术可以增加天然气的产量,但工艺较为复杂,非甲烷化技术的优点是工艺简单,但还需进一步提高甲烷收率以增强其技术竞争力。     

工艺条件对Ni/A12 O3和Ni/CeO2-A12O3催化剂在甲烷自热重整制氢反应中催化性能的影响

采用共沉淀法制备γ-A12O3载体和不同Ce添加量的CeO2-A12O3载体,然后用浸渍法制备Ni负载质量分数10%的Ni/γ-A12O3和Ni/CeO2-A12O3催化剂.在固定床微反装置中考察了反应温度、原料气配比和CH4空速等工艺条件对Ni/γ-A12O3和Ni/Ce30A170Oδ催化剂在甲烷自热重整制氢反应中催化性能的影响.结果表明,添加Ce的催化剂催化性能有较大提高,在Ni/Ce30A170O3催化剂上,反应温度750 ℃时,CH4转化率94.3%,与Ni/A12O3催化剂相比,提高20%.Ni/γ-A12O3和Ni/CeO2-A12O3催化剂的CH4转化率均随反应温度的升高而增大.原料气中n(O2):n(CH4)和n(H2O):n(CH4)的增加均能提高各催化剂的CH4转化率.但n(O2):n(CH4)和n(H2O):n(CH4)的变化对各催化剂的催化性能的影响不同.随着n(O2):n(CH4)的增大,产物中n(H2):n(CO)降低,n(CO2):n(CO CO2)升高;而n(H2O):n(CH4)增大时,产物n(H2):n(CO)和n(CO2):n(CO CO2)均升高.随着CH4空速的增加,Ni/A12O3催化剂上CH4转化率、n(H2):n(CO)和n(CO2):n(CO CO2)均较大程度下降;而在Ni/Ce30A170Oδ催化剂上,随着CH4空速的增加,CH4转化率、n(H2):n(CO)和n(CO2):n(CO CO2)变化不大.     

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。