煤一步法制備甲烷（CH4）技術(shù)是將煤的氣化（吸熱反應(yīng)）與合成氣的甲烷化（放熱反應(yīng)）耦合入一個反應(yīng)器,反應(yīng)所需熱量由甲烷化反應(yīng)提供。與傳統(tǒng)的兩步法煤氣化轉(zhuǎn)化相比,具有工藝路線短,設(shè)備簡單,投資小,熱效率高等優(yōu)點,從而備受廣泛關(guān)注。因此,開展煤一步法制備CH4研究具有重要意義。本文首先運用Aspen Plus軟件對煤一步法制備CH4的熱力學進行分析,其后通過制備Fe-Mn-CaO等復(fù)合催化劑,進而研究復(fù)合催化劑的催化性能及反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,通過中心組合設(shè)計-響應(yīng)曲面法實驗,進一步優(yōu)化了煤一步法制備CH4的工藝參數(shù)。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:（1）選取寧夏典型礦區(qū)梅花井煤（MHC）作為研究對象,運用化工過程模擬軟件Aspen Plus,建立煤一步法制CH4反應(yīng)模型,討論了氣化溫度、壓力、氣化劑以及鈣基吸收劑對氣化產(chǎn)物分布的影響。結(jié)果表明:煤水蒸氣氣化制CH4的較優(yōu)條件為:T=550～650℃、P=5～6MPa、H2O/C=2;Ca/C=0.5時水蒸氣的加入量由H2O/C=2降為1.1,CH4產(chǎn)量由0.42增加至0.49mol/molC。（2）采用浸漬法制備了 Fe、Mn、Ni和Co... 

【文章來源】：寧夏大學寧夏回族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?Ｌｕｒｇｉ工藝??Ｆｉｕｒｅ?１－１?Ｌｕｒｉｒｏｃｅｓｓ??

１．２．２．１?Ｌｕｒｇｉ?工藝??２０世紀６０年代和７０年代，全球性石油危機爆發(fā)，促使當時歐美國家開始了替代能源領(lǐng)域技??術(shù)的開發(fā)。魯奇公司（Ｌｕｒｇｉ）?［２１＇２２］率先建立了兩套實驗裝置，該煤氣化工藝（圖１－１）于２０世紀??３０年代在德國發(fā)展起來。這是唯一一項適用于在管道中生產(chǎn)富ＣＨ４合成氣在商業(yè)上可行的技術(shù)。??Ｌｕｒｇｉ開發(fā)了一個甲烷化裝置，其中包括兩個內(nèi)循環(huán)絕熱固定床反應(yīng)器。其分別與ＳＡＳＯＬ在南非??的南斯拉夫和ＥＬ?Ｐａｓｏ?Ｎａｔｕｒａｌ?Ｇａｓ?Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ在奧地利建立了中試裝置。使用兩種不同的催化劑，??一種是２０ｗｔ％Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３的工業(yè)催化劑，另一種是巴斯夫公司研制的高鎳含量（Ｇ１－８５）的專用甲??烷化催化劑。研宄了?Ｈ２／Ｃ０比（２．０、３．７和５．８）、Ｃ０２含量、Ｈ２０含量、Ｃ２－Ｃ３含量、硫含量（０．０２??ｍｇ／ｍ＼＾ｎ４．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）、溫度和壓力的影響。實驗表明，用第一種催化劑進行的催化劑失活速度??快，第二種催化劑可運行４０００?ｈ。Ｈ２Ｓ的含量對實驗結(jié)果影響較大，Ｈ２Ｓ含量分別為０．０２?ｍｇ／ｍ３Ｎ??和４．０?ｍｇ／ｍ３Ｎ，在６．３?％的催化劑床后，轉(zhuǎn)化率從０．５下降到０．２，而在２３．８?％的催化劑床層轉(zhuǎn)化??率從０．９６下降到０．７８。根據(jù)Ｌｕｒｇｉ和Ｓａｓｏｌ的實驗結(jié)果

?—?ｉ??圖１－２?ＨＩＣＯＭ工藝??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?ＨＩＣＯＭ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１．２．２．３?ＲＭＰ?工藝??美國的拉爾夫？帕森斯公司提出了一種無氣體循環(huán)、無單獨變換裝置（ＲＭＰ工藝，如圖??１－３）的高溫甲烷化工藝［２４］。該工藝由４－６個絕熱固定床甲烷化反應(yīng)器與中間氣體冷卻串聯(lián)而成。??不同比例的合成氣可加入到前四個反應(yīng)器中，并將蒸汽輸送到第一個反應(yīng)器中。系統(tǒng)壓力在??０．４５？７．７?ＭＰａ，反應(yīng)器入口溫度為３１５？５３８?°Ｃ，?Ｈ２／ＣＯ比為１？３。在２．７?ＭＰａ的實驗條件下，最??終的干氣成分為９．２９?％?Ｈ２、０．８７?％?ＣＯ、４６．８４?％?Ｃ０２和４３．００?％?ＣＨ４。Ｈ２／ＣＯ比為１的合成氣的??４０?％與４８２?°Ｃ的蒸汽混合進入第一反應(yīng)器，冷卻產(chǎn)物氣再與３０?％的合成氣混合送入第二反應(yīng)器。??最后３０?％的合成氣與來自反應(yīng)器２的產(chǎn)物氣體一起加入到第三反應(yīng)器中。第四、第五和第六反應(yīng)??器的入口溫度分別控制在５３８?°Ｃ、３１６?°Ｃ和２６０?°Ｃ。在第一反應(yīng)中ＣＯ主要通過水煤氣變換轉(zhuǎn)化??為＜：０２和少量的ＣＨ４。產(chǎn)品氣經(jīng)第六反應(yīng)器除去水和Ｃ０２

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2017年世界主要國家或地區(qū)天然氣產(chǎn)量[J].   當代石油石化. 2018(08)
[2]能源結(jié)構(gòu)隨能源需求增長而持續(xù)多樣化——2018年世界能源統(tǒng)計年鑒解讀[J]. 錢伯章,李敏.  中國石油和化工經(jīng)濟分析. 2018(08)
[3]中國天然氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀、問題及對策建議[J]. 婁鈺,潘繼平,王陸新,王思瀅.  國際石油經(jīng)濟. 2018(06)
[4]未來世界能源發(fā)展展望[J]. 王帥,張紹輝,張利軍,吳昊,楊依依,范虎.  石化技術(shù). 2018(05)
[5]BP世界能源展望（2018年版）發(fā)布[J]. 李春梅.  中國能源. 2018(04)
[6]能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃——油氣行業(yè)四大關(guān)切點——《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》油氣視角的解讀[J]. 李北陵.  中國石化. 2017(04)
[7]國家發(fā)展改革委和國家能源局發(fā)布《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[J].   能源研究與利用. 2017(02)
[8]《石油發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》出臺[J].   中國礦業(yè). 2017(02)
[9]煤中負載氫氧化鈣對催化氣化和甲烷化反應(yīng)的影響[J]. 陳兆輝,劉雷,武恒,裴增楷,湛月平,李克忠,鄭巖,吳麗鋒,畢繼誠.  燃料化學學報. 2016(10)
[10]煤氣化過程中鈣催化作用的研究進展[J]. 高美琪,王玉龍,李凡.  化工進展. 2015(03)

博士論文
[1]煤直接制甲烷的熱力學分析和實驗研究[D]. 程曉磊.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2013

碩士論文
[1]一步法煤制天然氣的實驗研究與數(shù)值模擬[D]. 李剛.青島大學 2015
[2]一步法煤制天然氣催化劑設(shè)計及工藝研究[D]. 杜留娟.青島科技大學 2015



本文編號：3011674