甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的研究进展

综述了甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的最新研究进展,比较了不同类型的催化剂在重整反应过程中的性能差异,分析了催化剂的积炭过程和重整反应机理,对非常规供能方式进行了阐述,指出了甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的研究方向。     

甲烷二氧化碳催化重整制取合成气的研究进展

近几十年来,甲烷二氧化碳催化重整反应引起了广泛的关注。综述了甲烷二氧化碳催化重整制取合成气的研究进展,介绍了催化剂的活性组分、载体、助催化剂及制备方法的研究现状和它们对催化剂活性和稳定性的影响情况,并对催化剂积炭的形成和消除、重整反应机理进行了讨论和分析。     

水蒸汽甲烷转化制取合成气的新工艺计算法

一、水蒸汽甲烷转化过程的化学和热力学简述甲烷用水蒸汽转化制取合成气时,利用下面两个基本化学计算关系式: CH_4 H_2O=CO 3H_2 (1) CO H_2O=CO_2 H_2 (2)当用以制取合成甲醇或氧化合成过程原料气时,要补充CO_2,以使第二个反应自右向左转     

快速流化床反应器用于丁烯氧化脱氢制取丁二烯的宏观动力学研究

本工作是在内径为26mm 的快速流化床反应器中,以丁烯氧化脱氢制取丁二烯的过程为内容,在330℃～370℃的温度范围内进行了宏观动力学研究。根据快速流化床的流动特性,以气相为基础,对其实验结果采用了拟均相模型处理,求得总反应转化率表达式 X_A=1-exp(-kτ),其中反应速度常数 K=1.123×10~4exp[-42990.70/RT],总的反应表观活化能 E=4.299×10~4(J/mol).同时还计算了主付反应的下列参数:k_1=1.133×10~4exp[-4.339×10~4/RT]k_2=2.511×10~2exp[-3.739×10~4/RT]E_1=4.339×10~4 J/molE_2=3.739×10~4 J/mol并以下列方程组:k_1,k_2x_A=1-exp[-(k_1+k_2)ετ]y_Q=(k_1/k_1+k_2)·X_A来予测反应过程中丁烯的转化率及丁二烯的收率情况,用此方法计算的结果与实验值之相对误差均在±8%范围以内。     

甲烷—二氧化碳重整反应制取合成气的新进展

综述了９０年代以来ＣＨ４－ＣＯ２重整反应在改性镍基催化剂、贵金属负载型催化剂和分子筛催化材料研究方面的最新发展。     

利用复合钯膜反应器转化甲烷制取合成气

目前工业上一般都采用甲烷的蒸汽转化和部分氧化制取合成气。但这 2种工艺都受到热力学限制 ,特别是在高压下 ,甲烷的平衡转化率比较低。最近 ,意大利卡拉布里亚大学膜和化学反应器模拟研究院对复合钯膜反应器进行了研究 ,以图克服传统反应器的热力学极限。复合钯膜反应器结合了膜分离器与催化反应器的典型特征 ,它利用钯膜选择性除去催化反应后混合气体中的氢 ,从而使平衡转化率向高于热力学平衡极限的方向移动 ,最终达到提高甲烷转化率的目的。试验采用的传统反应器是一个不锈钢管 ,总长度 2 5cm ,有效长度 1 5cm ,内径 0 .67cm。膜反应器…     

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。     

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。     

流化床甲烷化反应动力学模拟

利用AspenPlus结合Fortran编写的动力学子程序对流化床甲烷化反应进行建模,结果显示该模型与实验值吻合较好。基于该模型考察了不同工艺条件对cH4收率影响,研究表明：随着反应温度升高,CH4收率逐渐降低,压力越小,cH4收率下降越明显;原料气流量对甲烷化反应影响较小,增加流量,CH4收率呈现降低趋势;当氢碳比在2．7—3．0范围内,CH4收率增幅较大,氢碳比大于3．0时,CH4收率增加缓慢。     

甲烷、二氧化碳与氧气制合成气的动力学研究

在消除内、外扩散影响的条件下,研究了12% Ni-5% Ce/Al2O3(wt.)催化剂的动力学行为,得到本征动力学经验方程,并简单探讨了反应机理,为今后工艺放大和设计提供依据.     

生物质鼓泡流化床制取合成气前期工艺条件试验

在中型鼓泡流化床实验台上,以氧气和水蒸汽作为气化剂,松木屑为原料,处理量为1 200 kg/d,进行富氧水蒸汽气化实验,通过对不同当量比、水蒸汽配比,以及不同氧气体积分数下流化速度的改变对气体成分、低位热值、H/C的影响进行了实验研究。结果表明,当量比在0.26~0.27附近,水蒸汽配比在0.55时,H2体积分数最高为16.35%,CO体积分数最高为27.01%,H/C为0.64,气体热值为10.32 MJ/m3。实验发现氧气体积分数改变所引的流化速度变化,可以有效提高H2和CO的体积分数,氧气体积分数在40%~100%变化,当量比为0.35,水蒸汽配比为0.2~0.8,H2最大体积分数增加至26.83%、CO最大含量增加至28.37%。     

甲烷部分氧化制合成气膜反应实验与模拟

采用钙钛矿型致密透氧膜对甲烷部分氧化制合成气进行了膜反应实验研究,并建立了该膜反应的数学模型。模拟计算结果与实验结果吻合较好：通过该模型考察了绝热条件下的反应床层温度分布,以及恒温反应体系中温度、流量、反应器长度等因素对膜反应结果的影响。     

循环流化床合成气甲烷化过程模拟及影响因素分析

以甲烷化循环流化床反应器为研究对象,采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,耦合了甲烷化反应动力学模型,实现了甲烷化在循环流化床中的反应过程。将模拟结果同文献中的实验数据进行了对比验证,获得了反应器的内部流场、温度场以及组分浓度分布。数值模拟研究了不同操作条件对甲烷化特性的影响规律。结果表明:催化剂颗粒在反应器内的流化行为对反应影响显著,反应器提升管固体密相区是反应进行的主要区域;通过提高反应压力和H2/CO(物质的量之比),降低空速,可以提高CO转化率和CH4收率。     

含氮合成气双功能催化制二甲醚的宏观动力学

在高压磁力搅拌反应釜内,用惰性矿物油为介质,在温度220～260℃,压力3.1～7.2MPa,空速800～2000mL/(g·h),搅拌转速1000r/min以上的条件下,测定了含氮合成气在双功能混合催化剂上直接制取二甲醚的淤浆床宏观动力学,建立了双曲型的动力学模型,获得了模型参数,经统计检验和残差分析证实了模型的可靠性。通过反应前后CO2含量的比较,得到较佳催化剂协同效应时的空速为1000mL/(g·h)。     

基于动力学模型的合成气完全甲烷化回路系统模拟分析

为了研究工艺条件对某甲烷化工业装置回路系统的影响,利用Aspen Plus软件建立了多级绝热甲烷化反应器回路系统动力学模型,动力学方程由Fortran编程嵌入模型中,模拟结果与实际运行值吻合较好。本文进而考察了不同工艺参数对甲烷化回路系统的影响,结果表明:循环比对各级反应器的出口温度、热点位置、出口气中CO_2及CH_4含量影响显著,但对产品气中CH_4含量影响较小;增大原料气流量,仅使各级反应器的热点位置后移,对各反应器出口温度、气体组成和产品气质量的影响可以忽略;提高进料温度,各级反应器的出口温度随之升高、出口气中CO_2含量增加、CH_4含量下降,产品气中CH_4含量略微降低;氢碳比的变化,对各级反应器出口气组成及产品气中CH_4含量影响显著,对第四反应器的出口温度影响也很大,但对第一至第三反应器的温度分布影响不大,氢碳比由2.8增至3.2,产品气CH_4含量呈先增大后减小的趋势,验证了氢碳比为3是甲烷化反应系统的最优值。     

流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析

采用递归分析方法对流化床内的压力脉动信号进行分析,研究了不同工况下石英砂与柱形生物质颗粒混合双组分颗粒的流动特性。柱形生物质颗粒尺寸为10 mm×10 mm（直径×长）,石英砂粒径为0.8 mm。在鼓泡床阶段,随着生物质含量的增加,系统的周期性呈现先减弱再增强的变化趋势;该阶段确定性与层流率均表现为随气速的增加而增大,其值在生物质含量低时会明显减小,系统熵则随着气速的增大而减小。在腾涌阶段,生物质添加前后系统信号的递归图呈现相似的纹理特征,确定性与层流率变化较小,此时熵随着气速的增加而减小,与单组分流动呈现相反的趋势。     

生物质气化制取合成气的模拟

阐述了利用串行流化床制取生物质合成气的技术,该技术将生物质气化过程与燃烧过程分开,气化反应器和燃烧反应器之间通过床料进行热量传递,并通过生物质补燃实现自供热。利用ASPEN PLUS软件建立了串行流化床制取合成气的模型,通过将模拟数值与实验结果相比较,验证了模拟研究的可行性。重点研究了气化温度、水蒸汽与生物质的质量配比(S/B)对制取生物质合成气的影响。结果表明,为获取较高品质的生物质合成气并得到较高的碳转化率、气化份额和合成气产率,气化温度以650～800℃为宜,S/B应在0.2～1.0之间。     

流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析

采用递归分析方法对流化床内的压力脉动信号进行分析,研究了不同工况下石英砂与柱形生物质颗粒混合双组分颗粒的流动特性。柱形生物质颗粒尺寸为10 mm×10 mm(直径×长),石英砂粒径为0.8 mm。在鼓泡床阶段,随着生物质含量的增加,系统的周期性呈现先减弱再增强的变化趋势;该阶段确定性与层流率均表现为随气速的增加而增大,其值在生物质含量低时会明显减小,系统熵则随着气速的增大而减小。在腾涌阶段,生物质添加前后系统信号的递归图呈现相似的纹理特征,确定性与层流率变化较小,此时熵随着气速的增加而减小,与单组分流动呈现相反的趋势。     

基于LSTM神经网络的流化床干燥器内生物质颗粒湿度预测

生物质作为一种储量丰富、环境友好且易于获取的可再生能源,日渐成为能源研究利用领域的热点。生物质湿度是影响生物质利用效率的关键因素,因此干燥是生物质利用之前的必要步骤。流化床由于其良好的传热传质特性,在干燥过程中得到了广泛的应用。为了实时监测生物质颗粒的干燥过程,利用弧形静电传感器阵列,结合用于时间序列建模的长短期记忆（LSTM）神经网络,实现了流化床干燥器内生物质颗粒湿度的预测。在实验室规模的流化床干燥器上进行了多工况实验获取训练和测试数据,通过模型参数优化确定了LSTM模型。通过与标准循环神经网络（RNN）模型的预测结果的对比表明,LSTM神经网络模型的平均相对误差较小,能够较为准确地预测流化床干燥器内生物质颗粒的湿度。