煤半焦在焦爐煤氣轉(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)生的焦爐煤氣是優(yōu)質(zhì)的碳氫資源。焦爐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，滿足我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。煤科學與技術(shù)實驗室提出了“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行的，目的是考察半焦在焦爐煤氣轉(zhuǎn)化過程中的作用，提供一種全新的轉(zhuǎn)化焦爐煤氣的方法。 本研究以一定比例的CH4/CO2/H2O模擬工業(yè)焦爐煤氣，在常壓平推流反應器中進行了800

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

3、轉(zhuǎn)化率非常相近，反應過程首先是CH4的熱分解反應，再發(fā)生CO2/H2O與積碳的氣化反應生成氫氣和一氧化碳。半焦的存在有利于CH4的轉(zhuǎn)化，同時對甲烷的水蒸氣和二氧化碳重整反應具有一定的催化作用，當CO2/H2O過量時，在CH4重整反應的同時還存在著CO2/H2O與半焦的氣化反應。 2)在CH4的重整反應和二氧化碳重整反應中，水蒸氣的存在可以在反應器中引起水煤氣變換反應而生成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、反應存在降低CO，提高H2含量的趨勢。利用水煤氣變換反應的特點，可以通過改變水蒸氣和二氧化碳的比例，實現(xiàn)有效氣體中氫碳比的可調(diào)和可控。 3)通過對空管和半焦存在時CH4熱分解的動力學研究可以發(fā)現(xiàn)，半焦的存在可以降低CH4熱分解的活化能，但是半焦對甲烷分解的催化機理還不清楚。 4)用元素分析對反應前后半焦的分析表明：無論是CH4的熱分解反應還是CH4的重整反應，反應后半焦中的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熱分解反應和CH4/CO2重整反應后的半焦，半焦表面的微孔數(shù)目都會明顯減少，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)目和比表面積都會有所升高。 6)半焦之所以對CH4的轉(zhuǎn)化有促進作用，原因可能是半焦中的S、N等雜原子或含氧官能團會對CH4的轉(zhuǎn)化提供活性位，從而促進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CH4的轉(zhuǎn)