煤基合成气制替代天然气甲烷化工艺优化

甲烷化工艺是煤制SNG路线关键工艺过程之一。通过深入分析甲烷化反应特点,讨论了CO转化率随反应温度的变化关系,探讨了循环比、反应器串并联设置对甲烷化工艺的影响。结果表明:经过3级无循环绝热反应器后,CO转化率达到99.49%,一级反应器出口温度811.35℃,反应温升达531.35℃。三级串并联工艺中各级反应器之间的温差较一返循环工艺、二级串并联工艺低,调控温差范围较一返循环工艺、二级串并联工艺范围更大,反应器串并联设置越多,在调节反应温度方面具有更好的灵活性。在相同处理量情况下,三级串并联的循环量和压缩机功耗都明显小于前两者,其优越性显著。     

CO_2甲烷化制替代天然气热力学计算与分析

利用模拟软件ASPEN PLUS(V7.3),基于Gibbs自由能最小法,建立了CO_2甲烷化制替代天然气反应体系的热力学计算模型,获得了甲烷化过程中各组分的平衡组成和主要反应的标准平衡常数。计算结果表明,CO_2转化率随压力升高而增加,随温度升高先降低后逐渐升高。温度低于400℃、压力3.0 MPa有利于CO_2甲烷化反应。CO含量较高时,CO甲烷化反应速率大于CO_2甲烷化反应速率。在0.1 MPa下,温度低于625℃时,CO优先发生甲烷化反应。当温度高于625℃后,CO_2转化率高于CO转化率。当体系中CO含量不高于2.00%(x)时,CO_2甲烷化反应无积碳现象发生;当CO含量超过2.00%(x)、温度低于600℃时,反应出现明显积碳。     

甲烷部分氧化制合成气膜反应实验研究

采用钙钛矿型管式致密透氧膜反应器 ,在Ni/Al2 O3催化剂上进行了甲烷部分氧化制合成气的实验研究 ,考察了反应操作参数 (甲烷进料浓度和反应温度 )对反应结果的影响。结果表明在 82 5～ 885℃反应温度范围内 ,当甲烷进料浓度较低 ( <6% )时 ,甲烷的转化率和CO的选择性分别大于 96%和 97% ,n(H2 ) /n(CO)的比例接近 2。     

合成气甲烷化反应器模拟和工艺条件优化

通过分析和简化合成气制天然气甲烷化工艺流程,建立了第一甲烷化绝热固定床反应器的一维数学模型,采用Runge-Kutta法求解数学模型。对合成气甲烷化反应动力学模型中的甲烷化反应平衡常数进行了计算分析和调整,用Matlab计算了第一甲烷化反应器中浓度和温度分布。考察了反应器各个操作参数对床层的影响,综合各种参数影响因素,反应器较优的操作条件如下:合成气的进料速度800kmol/h,进料温度553K,操作压力为3MPa,氢碳比在3左右,循环比为3。在此条件下,第一甲烷化反应器的出口温度在873 K左右,CO的转化率为82.18%,出口气体中CH4的干基的物质的量分数达到57.07%,满足工业生产要求,为工业化反应器设计提供了理论依据。     

煤制合成天然气中甲烷化过程的分析与计算

合成气甲烷化是煤制合成天然气过程中的重要步骤。基于自制Ni/Al2O3催化剂的合成气甲烷化评价结果,通过热力学分析、反应温升计算、多级绝热固定床的工艺分析、流程模拟和能量分析,计算和讨论了合成气甲烷化反应在热力学平衡限制和催化剂使用温度250~650℃限制下的适宜工艺条件。以最大化生产高压蒸汽为能量优化目标的前提下,最优方案是第1级反应器的出口温度处于催化剂使用温度上限,所产高压蒸汽热量占总反应热的83%;适当降低反应器出口温度、增产中低压蒸汽,可降低有效能损失;优选工艺方案的有效能利用率达到65.19%。     

甲烷干重整制CO全流程模拟及工艺优化研究

提出了一种甲烷干重整制CO新工艺,在重整产物H_2和CO分离后,将H_2循环到甲烷燃烧系统,为重整反应提供所需的热量,并采用RPlug和RGibbs反应器模型对新工艺进行了全流程模拟,在此基础上对该工艺的操作条件和能量回用进行了优化。研究结果表明最佳的进料配比CH_4/O_2/CO_2物质的量比为4/2/1,此时CH_4的转化率达到93%,CO和焦炭的选择性分别为98%和2%;水蒸气的加入会降低CO_2的转化率,但是能够促进消碳反应的进行,抑制催化剂反应活性的下降;随着循环H_2流率的增加,CO_2的转化率逐渐上升,同时CO的选择性也随之提高;而当操作压力增加时,CH_4的转化率会逐渐下降。     

丁烯氧化脱氢制丁二烯反应过程的热力学分析

在200 mL固定床反应器上,采用催化剂LH-39,以混合C4馏分为原料,研究了丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应特性,并对该反应过程进行了热力学分析。结果表明,在常压,反应温度为350~410℃,丁烯体积空速为400 h-1,氧/丁烯(摩尔比)为0.68~0.72,水/丁烯(摩尔比)为12~17的条件下,丁烯转化率最高可达85%,丁二烯选择性达93%,丁二烯收率达79%; 反应温度是该过程的主要影响因素,随着反应温度的升高,丁烯转化率先增大后减小,较适宜的反应温度为380~390℃; 在反应温度为382℃时,丁烯氧化脱氢反应过程的氧化反应放热量为201.7 k J,绝热温升理论计算值为228.0℃,Aspen Plus软件模拟值为237.5℃。     

微通道反应器内Ni-Ru/ZrO_2催化剂上CO选择性甲烷化

利用微通道反应器,对富氢重整气在Ni-Ru/ZrO2催化剂上的CO选择性甲烷化反应进行了研究;考察了反应温度、原料气中CO含量和CO2含量对Ni-Ru/ZrO2催化剂活性的影响,并考察了Ni-Ru/ZrO2催化剂的稳定性。实验结果表明,在微通道反应器中,Ni-Ru/ZrO2催化剂对CO选择性甲烷化反应具有良好的活性,当原料气中CO体积分数不大于1.0%时,在260～300℃内可将CO出口体积分数降至1×10-4以下;CO出口体积分数的最低值随原料气中CO含量的增加而增大,当原料气中CO含量增加到一定程度时,需采用温度梯级甲烷化法才能将CO出口体积分数降至1×10-4以下;120h的稳定性实验结果表明,Ni-Ru/ZrO2催化剂具有良好的稳定性,CO转化率均保持在99.50%以上。     

甲烷介质阻挡放电等离子体转化的研究

运用4个介质阻挡放电反应器,考察了甲烷介质阻挡放电等离子体转化过程中,高压电极位置、放电间隙、内电极形式、氢气与甲烷的体积比、空气冷却方式等因素对甲烷转化率和产物分布的影响。实验结果表明,高压加于外电极时甲烷的转化率明显低于加于内电极时甲烷的转化率;对外电极进行空气冷却后,反应温度升高速率变缓,可将反应温度控制在理想范围(60～150℃)内,同时可获得较高的甲烷转化率,且操作安全。反应器参数对甲烷转化率有明显的影响,而对产物分布影响不显著,主要产物为乙烷、乙烯和丙烷。在反应系统中加入氢气,在氢气与甲烷的体积比为1.50时,C2烃选择性为74.50%。     

磷钨酸催化剂部分氧化甲烷合成甲醇的探索性实验研究

以磷钨酸为催化剂,进行了甲烷部分氧化制取甲醇的实验研究。实验在常压微分反应器上进行,醋酸为液相试剂,甲烷首先转化生成醋酸甲酯,醋酸甲酯水解生成甲醇。考察了磷钨酸催化剂的制备方法、制备条件、载体影响以及反应温度对甲烷部分氧化反应的影响。磷钨酸催化剂可有效催化甲烷部分氧化反应。当催化剂采用回流浸渍法制备,SiO2为催化剂载体,催化剂焙烧温度为300℃,催化活性诱导期为3~4h。甲烷部分氧化反应在0.1MPa、267~280℃条件下,甲烷转化率为26.61%,目的产物选择性97.26%。