煤半焦在焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化制備合成氣中的作用.pdf

1、我國是全球第一焦炭生產(chǎn)大國，生產(chǎn)焦炭所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣是優(yōu)質(zhì)的碳?xì)滟Y源。焦?fàn)t煤氣的合理利用不僅可以減輕環(huán)境污染，而且可以保證能源供應(yīng)，滿足我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。煤科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提出了“潔凈焦化構(gòu)想”和“雙氣頭多聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)模式”，本研究課題就是在以上背景下進(jìn)行的，目的是考察半焦在焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化過程中的作用，提供一種全新的轉(zhuǎn)化焦?fàn)t煤氣的方法。 本研究以一定比例的CH4/CO2/H2O模擬工業(yè)焦?fàn)t煤氣，在常壓平推流反應(yīng)器中進(jìn)行了800

2、～1250℃范圍內(nèi)的CH4轉(zhuǎn)化反應(yīng)，主要包括空管以及半焦存在時(shí)CH4的熱分解、CH4/CO2重整、CH4/H2O重整及CH4/CO2/H2O重整反應(yīng)，考察了溫度、停留時(shí)間等因素對(duì)CH4轉(zhuǎn)化的影響。用氣相色譜對(duì)氣相產(chǎn)物進(jìn)行分析測定，并用元素分析儀、比表面分析儀對(duì)反應(yīng)前后的半焦進(jìn)行了分析表征。研究結(jié)果表明： 1)在非催化CH4的重整反應(yīng)中，CH4的熱分解、CH4/CO2重整、CH4/H2O重整以及CH4/CO2/H2O重整反應(yīng)的甲烷

3、轉(zhuǎn)化率非常相近，反應(yīng)過程首先是CH4的熱分解反應(yīng)，再發(fā)生CO2/H2O與積碳的氣化反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳。半焦的存在有利于CH4的轉(zhuǎn)化，同時(shí)對(duì)甲烷的水蒸氣和二氧化碳重整反應(yīng)具有一定的催化作用，當(dāng)CO2/H2O過量時(shí)，在CH4重整反應(yīng)的同時(shí)還存在著CO2/H2O與半焦的氣化反應(yīng)。 2)在CH4的重整反應(yīng)和二氧化碳重整反應(yīng)中，水蒸氣的存在可以在反應(yīng)器中引起水煤氣變換反應(yīng)而生成CO2氣體，改變了生成氣體的組成。在較低溫度下，水煤氣變換

4、反應(yīng)存在降低CO，提高H2含量的趨勢。利用水煤氣變換反應(yīng)的特點(diǎn)，可以通過改變水蒸氣和二氧化碳的比例，實(shí)現(xiàn)有效氣體中氫碳比的可調(diào)和可控。 3)通過對(duì)空管和半焦存在時(shí)CH4熱分解的動(dòng)力學(xué)研究可以發(fā)現(xiàn)，半焦的存在可以降低CH4熱分解的活化能，但是半焦對(duì)甲烷分解的催化機(jī)理還不清楚。 4)用元素分析對(duì)反應(yīng)前后半焦的分析表明：無論是CH4的熱分解反應(yīng)還是CH4的重整反應(yīng)，反應(yīng)后半焦中的S、N元素含量都有大幅度的下降。 5)比

5、表面分析的結(jié)果表明：CH4熱分解反應(yīng)和CH4/CO2重整反應(yīng)后的半焦，半焦表面的微孔數(shù)目都會(huì)明顯減少，半焦的比表面積明顯降低；CH4/H2O重整或CH4/H2O/CO2重整后的半焦，表面微孔數(shù)目和比表面積都會(huì)有所升高。 6)半焦之所以對(duì)CH4的轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用，原因可能是半焦中的S、N等雜原子或含氧官能團(tuán)會(huì)對(duì)CH4的轉(zhuǎn)化提供活性位，從而促進(jìn)CH4的轉(zhuǎn)化，較大的半焦表面積和微孔可以提高CH4分子的有效碰撞幾率，從而可以促進(jìn)CH4的轉(zhuǎn)