一步法煤制天然氣的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、一步法煤制天然氣技術(shù)是將煤氣化和催化甲烷化合并為一個(gè)單元而實(shí)現(xiàn)了直接由煤生產(chǎn)富甲烷氣體的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤炭的清潔利用，受到越來(lái)越多的關(guān)注。
　　首先采用HSC化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算軟件，分別對(duì)小型煤制甲烷系統(tǒng)的煤氣化單元和甲烷化單元進(jìn)行了數(shù)值模擬。改變氣化器中溫度、壓力、灰分有無(wú)、水蒸汽供入量等參數(shù)，以生成物中最利于甲烷化的組分配比為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)比性分析，確定了煤氣化單元的運(yùn)行壓力為1.5MPa，溫度為900℃，水煤摩爾比為2:1；而甲

2、烷化單元的條件宜控制為700℃、1.7~2.0MPa；供入組分比值n(H2)：n(CO)為1.8時(shí)最有利甲烷產(chǎn)率的高比值。加入催化劑的一步法煤制天然氣裝置中須綜合上述煤氣化和甲烷化單段裝置中的運(yùn)行參數(shù)，因此，本文利用高壓熱天平對(duì)神木煙煤進(jìn)行的催化氣化試驗(yàn)中，運(yùn)行參數(shù)采用的溫度和壓力條件為2MPa、900℃，以水蒸氣為氣化劑，研究了不同催化劑條件下的煤熱解及氣體合成反應(yīng)特性。分析得到了三種鉀基催化劑K15/Fe10、K15/Fe10/Ca

3、5和K15/Fe10/Mn5對(duì)應(yīng)的反應(yīng)活化能分別是36.58、39.06和52.87kJ/mol，三種催化劑在高壓條件下具有不同的煤氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，催化劑的選擇和性能研究對(duì)一步法煤制天然氣過(guò)程具有非常重要的意義。然后，在控制反應(yīng)區(qū)溫度和壓力恒定的管式爐中，研究了三氧化二鋁為載體的不同金屬催化劑的催化性能。4K1Ni催化的煤制氣熱效率高，其次是Fe15和K15Fe5Mo5，而綜合熱效應(yīng)方面，F(xiàn)e15和K15Fe5Mo5的熱效應(yīng)最高，其

4、次是鉀鎳催化劑，表明鐵催化劑的熱經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，復(fù)合催化性能優(yōu)越。而鉀元素與鉬元素的添加能使復(fù)合鐵催化劑的催化作用提高；且鐵組分含量的升高，更有利于氣化反應(yīng)的發(fā)生。但原料煤粉中秸稈的加入?yún)s對(duì)氣化和甲烷化反應(yīng)有不利影響。
　　利用得到的催化劑作用下高壓煤氣化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以及各種催化劑的催化性能參數(shù)，本文利用Fluent軟件對(duì)一步法煤制天然氣整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，反應(yīng)爐內(nèi)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)比較均勻，為強(qiáng)化換熱降低爐內(nèi)溫度水平