一步法煤制天然气的实验研究与数值模拟

发布时间：2018-02-02 01:58

  本文关键词： 气化 甲烷化 动力学 热分析 数值模拟　出处：《青岛大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：一步法煤制天然气技术是将煤气化和催化甲烷化合并为一个单元而实现了直接由煤生产富甲烷气体的技术,能够实现对煤炭的清洁利用,受到越来越多的关注。首先采用HSC化学热力学计算软件,分别对小型煤制甲烷系统的煤气化单元和甲烷化单元进行了数值模拟。改变气化器中温度、压力、灰分有无、水蒸汽供入量等参数,以生成物中最利于甲烷化的组分配比为目标,通过对比性分析,确定了煤气化单元的运行压力为1.5MPa,温度为900℃,水煤摩尔比为2:1;而甲烷化单元的条件宜控制为700℃、1.7~2.0MPa;供入组分比值n(H2):n(CO)为1.8时最有利甲烷产率的高比值。加入催化剂的一步法煤制天然气装置中须综合上述煤气化和甲烷化单段装置中的运行参数,因此,本文利用高压热天平对神木烟煤进行的催化气化试验中,运行参数采用的温度和压力条件为2MPa、900℃,以水蒸气为气化剂,研究了不同催化剂条件下的煤热解及气体合成反应特性。分析得到了三种钾基催化剂K15/Fe10、K15/Fe10/Ca5和K15/Fe10/Mn5对应的反应活化能分别是36.58、39.06和52.87kJ/mol,三种催化剂在高压条件下具有不同的煤气化反应动力学参数,催化剂的选择和性能研究对一步法煤制天然气过程具有非常重要的意义。然后,在控制反应区温度和压力恒定的管式炉中,研究了三氧化二铝为载体的不同金属催化剂的催化性能。4K1Ni催化的煤制气热效率高,其次是Fe15和K15Fe5Mo5,而综合热效应方面,Fe15和K15Fe5Mo5的热效应最高,其次是钾镍催化剂,表明铁催化剂的热经济性较优,复合催化性能优越。而钾元素与钼元素的添加能使复合铁催化剂的催化作用提高;且铁组分含量的升高,更有利于气化反应的发生。但原料煤粉中秸秆的加入却对气化和甲烷化反应有不利影响。利用得到的催化剂作用下高压煤气化的反应动力学参数,以及各种催化剂的催化性能参数,本文利用Fluent软件对一步法煤制天然气整个过程进行了数值模拟,结果显示,反应炉内速度场和温度场比较均匀,为强化换热降低炉内温度水平,区域加装内构件或折流板则形成反应炉内壁面附近的扰动,从而削薄边界层,强化了换热。提高工作温度有利于催化剂性能的发挥,从而提高反应速率,提高甲烷产量。本文进行的煤催化制天然气的实验和数值研究,对煤的清洁利用及催化反应的模拟具有指导作用,对煤制气技术的应用具有推动作用。
[Abstract]:One-step coal production technology is to combine coal gasification and catalytic methanation into one unit and realize the technology of producing methane rich gas directly from coal, which can realize the clean utilization of coal. More and more attention has been paid to it. Firstly, the coal gasification unit and the methanation unit in the small coal methane production system are numerically simulated by using the HSC chemical thermodynamics calculation software. The temperature and pressure in the gasifier are changed. The parameters such as ash content, water vapor input and so on, are aimed at the distribution ratio of the most favorable methanation group in the product. Through comparative analysis, the operating pressure of the coal gasification unit is determined to be 1.5 MPA. The temperature is 900 鈩，

本文编号：1483363