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。     

合成气甲烷化过程模拟与分析

针对合成气甲烷化反应,基于吉布斯自由能最小法的热力学模型对反应过程进行了热力学分析,考察了温度、压力、水分对反应过程的影响。基于Ni-ZrO_2催化剂和固定床进行了合成气甲烷化实验,根据实验结果拟合出了宏观动力学方程,并建立了一维拟均相绝热固定床反应器模型,考察了进口温度、操作压力、气体体积流量对反应器出口温度及出口组成的影响。基于上述热力学分析和对单反应器工况的模拟,构建了甲烷化反应流程,提出了中间换热、带循环的两段反应器流程以及带循环的三段反应器流程,并对三种反应器流程进行了经济性分析。     

合成气制天然气甲烷化催化剂的研究进展

煤制天然气工艺主要包括煤气化和合成气甲烷化两个过程。综述了煤制天然气工艺中合成气甲烷化催化剂的研究进展,从活性组分、载体和助剂等方面介绍了国内外甲烷化催化剂的研究现状,并分析了甲烷化催化剂的失活原因。合成气甲烷化催化剂的发展方向是使催化剂具有更好的催化活性和热稳定性,以期开发出性能优异的具有自主知识产权的合成气甲烷化催化剂及配套技术。     

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%。     

国产甲烷化催化剂在煤制天然气项目中的应用

煤制天然气技术的煤炭综合利用率高,是对我国“少气”短板的一个有效补充。但煤制天然气技术的核心甲烷化催化剂被国外垄断,不仅削弱了企业的经济效益,还制约了我国煤制清洁能源的发展。为增加我国的能源供给,打破国外对甲烷化催化剂的垄断,实现我国煤制天然气项目甲烷化催化剂的国产化替代,国内某公司甲烷化催化剂于2021年5月在河南晋控天庆煤化工有限责任公司煤制天然气装置上实现主反应器甲烷化催化剂的国产化替代应用,并通过168 h的满负荷连续运行考核。经过近10个月的运行,证明国产甲烷化催化剂的活性指标达到国外同类产品标准,但甲烷化催化剂床层的阻力升高相对偏快。此外,国产甲烷化催化剂的供货价格和供货周期均优于国外催化剂,具有显著的经济效益。     

煤制天然气甲烷化催化剂预热工艺及优化

介绍了煤制天然气甲烷化催化剂预热和还原工艺,结合生产实际,分析了使用循环压缩机替代开车压缩机进行甲烷化催化剂预热的可行性,对比了开车压缩机和循环压缩机性能参数,并提出改进方案。经过装置运行验证,使用循环压缩机进行催化剂预热,每次节约装置开车时间31h;同时,将此改进应用在装置停车后催化剂干燥工艺中,同样大大缩短催化剂的干燥时间,减少了装置开停车阶段的生产消耗。     

合成气甲烷化热力学计算分析

探讨了合成气甲烷化过程中各反应的热力学平衡常数与温度的关系,并使用CHEMKIN软件计算了反应温度、压力对CO转化率、CO2和甲烷选择性和收率的影响。结果表明:温度在550K~630K之间,压力为1MPa,是甲烷化反应的优化条件。     

合成天然气Ni基甲烷化催化剂的研究进展

综述了合成天然气镍基甲烷化催化剂的研究进展,主要包括催化剂的活性组分、助剂和载体对催化剂性能的影响,引起甲烷化催化剂失活的因素,并对未来甲烷化催化剂的发展方向提出建议。     

煤制天然气甲烷化工艺温控优化

建立了甲烷化反应绝热温升模型,推导了绝热操作线,探讨了循环比对甲烷化工艺的影响。计算结果表明,当反应温度低于600℃时,CO平衡转化率可达95%,随着温度继续升高,平衡转化率迅速下降,当温度为850℃时,其平衡转化率为零。经过5级无循环绝热反应器后,CO转化率达到99.9%,一级反应器出口温度811.35℃,反应温升达531.35℃。循环比0~1范围内,经过五级反应器后,CH_4产率大于97.8%,得到的产品气高位热值≥35.35MJ/m3,远高于GB17820-2012要求的二类质量标准,比较接近于一类质量标准。设置循环工艺能够显著降低床层温度。     

煤制替代天然气甲烷化反应器研究与开发

甲烷化反应器是煤制SNG路线关键设备之一。通过深入分析甲烷化反应特点,发现三级串并联工艺能够显著降低反应器床层温升,建立了拟均相反应器数学模型,优化了工艺条件。研究结果表明,优选的合成气进口温度563.15K、压力3MPa;原料气中CH_4含量越高,热点值越低;原料气流量小于GHSV=24090h~(-1)时,床层温度都能到达热点值904K。基于以上研究,提出了绝热和等温两种微反应通道甲烷化反应器,该反应器能够克服传统甲烷化反应器中存在传热、传质效率低、压降大、使用寿命短等问题,且无明显放大效应,能够满足反应器不断大型化的发展需求,具有一定的先进性。     

天然气成分对硫化氢制氢反应影响的热力学分析

采用热力学分析方法探究了天然气中存在的CH_4、CO_2成分对H_2S制氢反应的影响。考虑了含有H_2S的4种反应体系以及可能生成的6种主要产物,应用Aspen模拟软件,计算了体系压力为0.1 MPa、温度在400~1 000℃的等温等压吉布斯平衡反应器内的H_2S转化率及H2收率,讨论了CH_4、CO_2的存在及其浓度的影响。结果表明,CH_4或CO_2的加入,均可大幅提高H_2S的转化率,且对提高温度和增加浓度都是有利的。CH_4的存在还可显著增加H_2收率,但CO_2的作用则相反。当二者同时存在时,体系主要发生CH_4-CO_2重整反应,生成大量H_2,并抑制H_2S的转化。