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模型炭催化加氢气化反应特性研究 被引量:1
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作者 曲旋 王沁汾 +4 位作者 严帅 冯俊 张建树 张荣 毕继诚 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-10,共10页
在加压热天平中研究了活性炭/烟煤半焦/无烟煤半焦等模型炭催化加氢气化(CHG)的特性,并结合GC、BET等表征对炭的物理结构和化学反应过程的分析,初步获悉了Co对炭-氢反应的催化作用过程。结果表明,炭CHG过程中过渡金属(Fe、Co、Ni)的催... 在加压热天平中研究了活性炭/烟煤半焦/无烟煤半焦等模型炭催化加氢气化(CHG)的特性,并结合GC、BET等表征对炭的物理结构和化学反应过程的分析,初步获悉了Co对炭-氢反应的催化作用过程。结果表明,炭CHG过程中过渡金属(Fe、Co、Ni)的催化活性明显高于碱金属和碱土金属(K、CaO、MgO),过渡金属催化过程存在低温(600−750℃)和高温(>800℃)两个特征催化区域,低温催化区域的出现主要归因于过渡金属催化剂氧化物与炭发生相互作用,部分炭结构得到活化的同时过渡金属嵌入到炭层结构中更为有效的发挥供氢和断键作用。Co催化剂在850℃和1 MPa氢压以上的条件下,催化剂的供氢作用可达到饱和,炭的催化加氢气化过程主要为温度促使的催化断键反应。具有高比表面积和低致密程度炭结构的模型炭在较低的催化剂负载量下即可具有高的CHG活性。 展开更多
关键词 模型炭 催化加氢气化 压热天平
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煤催化加氢气化研究进展 被引量:8
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作者 严帅 夏梓洪 +2 位作者 陈彩霞 曲旋 毕继诚 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2021年第1期60-72,共13页
煤加氢气化制天然气技术具有工艺路径短、热效率高等优点,其应用基础研究备受关注。但煤中存在部分致密的芳香碳结构,加氢反应性较差,即使在苛刻的反应条件下(~1 000℃、~7 MPa H_2),仍难以转化。通过引入催化剂,进行煤催化加氢气化可... 煤加氢气化制天然气技术具有工艺路径短、热效率高等优点,其应用基础研究备受关注。但煤中存在部分致密的芳香碳结构,加氢反应性较差,即使在苛刻的反应条件下(~1 000℃、~7 MPa H_2),仍难以转化。通过引入催化剂,进行煤催化加氢气化可在温和的反应条件下实现煤的碳转化率和CH_4收率的同步提高。论述了碱金属(K、Na等)、碱土金属(Ca)和过渡金属(Fe、Co、Ni等)催化剂对模型碳加氢气化的催化作用原理。探讨了反应温度、氢气压力、和碳结构对C-H_2催化反应的影响规律,分析了适用于原煤催化加氢气化的最佳催化剂及工艺条件,并从CH_4和轻质液体焦油等产物生成规律、煤中碳结构随着反应进行的衍变过程等角度,讨论了催化剂分别对煤加氢热解和热解半焦加氢气化的催化作用行为。提出了煤催化加氢气化联产CH_4和轻质液体焦油技术从基础走向应用的进一步研究建议。现有研究结果表明,过渡金属与碱土金属组成的二元催化剂(Fe/Co/Ni-Ca)对煤加氢气化的活性较高。过渡金属元素在反应过程中主要提供C-H_2反应所需的活性氢,并削弱C—C键的键能;碱土金属元素Ca主要促进Fe/Co/Ni的分散,防止其发生硫中毒失活,并增强Fe/Co/Ni与碳之间的相互作用。温度升高一方面为化学键断裂过程提供了更高能量,加速C-H_2反应,另一方面促进催化剂在煤结构中扩散,提升催化剂的供氢和断键效率。升高压力促进了活性氢的供应,同时CH_4浓度得到稀释,反应向生成CH_4的方向移动。以5%Co-1%Ca为催化剂,在850℃、3 MPa H_2反应条件下,30 min内可同时达到90.0%的碳转化率和77.3%的CH_4收率。Co-Ca催化剂在煤加氢热解过程中具有催化解聚和催化加氢的作用,提高焦油和CH_4收率,同时催化剂在煤加氢热解过程中对煤结构产生催化活化作用,使得生成的半焦具有较高的气化活性。煤催化加氢气化的机理研究目前仍处于推测阶段,另外,该技术气化剂、煤种的适应性,催化剂循环利用性能有待进一步阐明。 展开更多
关键词 催化加氢气化 甲烷 轻质液体焦油 碳结构
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流化数对加压流化床煤催化加氢气化过程影响的数值模拟
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作者 韩群亮 张印 +3 位作者 夏梓洪 谷小虎 严帅 曲旋 《洁净煤技术》 2025年第8期147-157,共11页
加压流化床煤催化加氢气化技术因其高碳转化率和甲烷产率,在煤制天然气领域展现出广阔的应用前景。流化数作为影响流化床气化炉性能的关键参数,通过调控床层内颗粒运动混合及气固传质传热过程,对气化炉温度分布、碳转化率、甲烷产率具... 加压流化床煤催化加氢气化技术因其高碳转化率和甲烷产率,在煤制天然气领域展现出广阔的应用前景。流化数作为影响流化床气化炉性能的关键参数,通过调控床层内颗粒运动混合及气固传质传热过程,对气化炉温度分布、碳转化率、甲烷产率具有重要影响。然而,目前关于流化数的系统性研究较为匮乏,深入揭示其对气化“三传一反”过程的作用机制对工艺参数优化和反应器设计具有重要意义。基于计算流体力学模拟,采用多相质点网格模型(MP-PIC),系统研究了2.0、3.5、5.0、8.0四种流化数对催化加氢气化的影响规律。研究发现,较低流化数条件下生成的气泡尺寸较小,可有效提升碳-氢传质效率,强化气化反应过程,提高床层热点温度。2.0倍流化数工况的热点峰值温度可达1555 K,超过了煤灰的熔融温度。流化数的增加促进了颗粒在床内的运动扩散,导致热点温度分散下降,其余流化数工况下的最高温度均在1300 K以下。在综合考虑反应强化与热点控制的基础上,3.5倍的流化数是较佳选择。此外,还追踪了不同粒径的代表性颗粒,通过分析它们的运动轨迹、温度演变及反应性,发现初始直径为196μm的颗粒在高.温区与小气泡强化传质区域的协同作用下,展现出最佳的加氢反应特性。过大或者过小的颗粒会因堆积在床层底部或者被夹带至稀相区而影响其反应性。相应结果可以为流化床煤气化炉的设计和优化提供理论指导。 展开更多
关键词 催化加氢气化 压流 数值模拟 粒径分布
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加压流化床Co-Ca催化煤焦加氢气化反应动力学
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作者 刘佳敏 顾素敏 +2 位作者 张荣 李伟伟 曲旋 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期128-135,共8页
煤催化加氢气化是极具发展潜力的煤制天然气技术,包括煤催化加氢热解和煤焦催化加氢气化2个步骤,其中煤焦催化加氢气化的反应速率远小于煤催化加氢热解的反应速率,是整个气化过程的速率控制步骤,因此建立适宜的煤焦催化加氢气化反应动... 煤催化加氢气化是极具发展潜力的煤制天然气技术,包括煤催化加氢热解和煤焦催化加氢气化2个步骤,其中煤焦催化加氢气化的反应速率远小于煤催化加氢热解的反应速率,是整个气化过程的速率控制步骤,因此建立适宜的煤焦催化加氢气化反应动力学对该技术的应用具有重要的意义。在小型加压流化床中,研究了Co-Ca催化煤焦加氢气化过程中煤焦颗粒密度和孔隙结构随碳转化率的变化规律,发现随反应进行煤焦颗粒密度减小,孔隙总比表面积与反应速率线性相关,表明Co-Ca催化煤焦加氢气化反应符合随机孔模型的特征。通过调控反应温度、氢分压和Co负载量,获得了煤焦中碳转化率的变化规律。结果表明:650~850℃反应仍处于动力学控制阶段;反应温度超过750℃后,反应速率显著提升,进一步提升温度至850℃时,碳转化率由650℃时的16.32%增至95.32%。随氢分压升高,碳转化率增大,氢气分压由0.6 MPa增至2.5 MPa时,碳转化率由19.49%提高至94.11%。随Co催化剂负载量由1%提高至3%,碳转化率持续提升,继续增加Co负载量至5%,碳转化率变化较小。采用扩展随机孔模型,引入经验参数c和p对试验数据进行分析,得到煤焦催化加氢气化反应的活化能为122.7 kJ/mol,反应级数为1.54。模型预测的反应速率值与试验值之间的平均偏差为4.81%。 展开更多
关键词 煤焦 催化加氢气化 压流 反应动力学 随机孔模型
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Conversion and reaction kinetics of coke oven gas over a commercial Fe-Mo/Al_2O_3 catalyst 被引量:2
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作者 屈一新 徐贺明 +2 位作者 赵见峰 王志彦 王亚涛 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期293-302,共10页
Producing methanol from coke oven gas(COG) is one of the important applications of COG. Removal of sulfur from COG is a key step of this process. Conversion and reaction kinetics over a commercial Fe-Mo/Al2O3 catalyst... Producing methanol from coke oven gas(COG) is one of the important applications of COG. Removal of sulfur from COG is a key step of this process. Conversion and reaction kinetics over a commercial Fe-Mo/Al2O3 catalyst(T-202) were studied in a continuous flow fixed bed reactor under pressures of 1.6-2.8 MPa, space time of 1.32-3.55 s and temperatures of 240-360 °C. Though the COG contains about 0.6 mol/mol H2, hydrogenation of CO and CO2 is not significant on this catalyst. The conversions of unsaturated hydrocarbons depend on their molecular structures. Diolefins and alkynes can be completely hydrogenated even at relatively low temperature and pressure. Olefins, in contrast, can only be progressively hydrogenated with increasing temperature and pressure. The hydrodesulfurization(HDS) of CS2 on this catalyst is easy. Complete conversion of CS2 was observed in the whole range of the conditions used in this work. The original COS in the COG can also be easily converted to a low level. However, its complete HDS is difficult due to the relatively high concentration of CO in the COG and due to the limitation of thermodynamics. H2 S can react with unsaturated hydrocarbons to form ethyl mercaptan and thiophene, which are then progressively hydrodesulfurized with increasing temperature and pressure. Based on the experimental observations, reaction kinetic models for the conversion of ethylene and sulfur-containing compounds were proposed; the values of the parameters in the models were obtained by regression of the experimental data. 展开更多
关键词 coke oven gas CONVERSION Fe-Mo/Al2O3 catalyst sulfur-containing compound kinetics
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