甲醇制氢开题报告.docx

甲醇制氢开题报告 　　毕业设计开题报告　　快速升温过程下煤的气化反应特征的研究　　1.选题的背景、目的和意义　　选题背景　　煤炭在世界能源储量中约占79％，石油与天然气占12％。我国的能源结构是“富煤、缺油、少气”，XX年，煤炭、石油、天然气、核电、水电和其他可再生能源分别占％、％、％、％、％和％。可以预见在未来很长的一段时间内煤炭作为主体能源的地位不会改变。然而在我国，80％以上的煤炭资源用于直接燃烧，这种利用方式燃烧效率非常低，同时还会产生巨大的燃烧排放物造成了环境污染。所以，寻找一种高洁净、高效利用煤炭资源的技术是势在必行的，而煤气化技术是其中较有效的途径之一[1]。　　因此，煤炭利用技术的研究是未来能源战略的技术储备。在众多煤炭利用技术中，煤气化技术对促进能源综合利用、改善当前资源紧缺状况以及减轻环境污染具有重要意。可以说，煤气化是实现煤清洁利用的最有效途径，也是煤化工发展的重要工艺过程。20世纪中叶，发达国家花费了大量的人力、物力进行煤气化技术的研究、开发与应用，主要应用领域包括发电、燃料气、合成气等。当前各国积极研究和倡导的IGCC发电技术和煤基多联产技术都是以煤气化技术为基础的，所以，煤气化技术成为了洁净煤技术体系的龙头技术。　　煤炭转化为清洁燃料的技术是洁净煤技术中的重要内容，诸如液化、气化、热解技术和地下气化技术。煤气化技术作为洁净煤技术的核心技术之一，从大的分类来看：还是固定(移动)床气化、流化床气化和气流床气化这三大类。固定床由于进厂原料利用率低，操作繁杂、单炉发气量低、对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。现在主导技术是流化床技术和气流床技术，这两种气化炉煤种适应性广，且都是在较高的温度和较短的停留时间下完成煤的气化过程。[2]研究目的和意义　　实验室研究所得数据多是在较低温度、慢速加热，煤样堆积在坩埚中处于静止条件下得到的，这与工业气化炉的高温高压、短停留时间、快速气化条件有很大的不同。　　在工业反应器内，影响煤反应过程的因素极为复杂，诸如流动的不均匀性，较严重的内部温度、浓度的差异等。这些因素互相耦合，对了解煤反应过程增加了大量的干扰信息，因而研究煤反应动力学通常在特别研制的实验室仪器上进行。国内外很多学者都围绕煤的热解、气化和燃烧反应动力学进行了大量的实验研究，所采用的研究仪器主要　　有：热重分析仪、丝网反应器和滴管炉。[3]　　目前已经有很多使用TGA，固定床反应器，层流流动反应器，气流床及流化床反应器来研究煤的CO2和水蒸气气化。尽管这些实验研究提供了和焦反应性具体方面相关的有价值的信息，我们仍有必要对实验得到的煤燃料反应动力学数据及其外推到实际工业反应条件下的反应动力学的有效性范围进行更深的分析和讨论。　　热重分析仪装置能在线记录煤粉失重变化曲线，但由于坩埚中煤粉始终处于静止堆积状态，在煤气化反应过程中，物理过程的影响比如反应介质扩散和热量传递过程，如果不正确加以考虑，会导致错误的速率表达式，把这些数据用于工业放大，将会导致装置运行出现问题。而且热重分析仪是用来测定气化反应速率常用的一种设备，但是实验最好在低温下进行，因为在高温下热重分析仪内部气化剂的扩散对表观反应速率会产生很大的影响，使得测出的速率值和工业条件下气化炉内的速率发生严重的偏离。而高频丝网反应器由于其快速升温特点，与热重相比更为接近工业气化条件。　　本研究欲在现有的高频加热装置的基础上搭建丝网反应器，金属丝网反应器是另一种研究无二次转化条件下煤热解行为的有力工具，利用金属丝网反应器可以得到未经二次转化的初生焦，目前初生焦的气化反应动力学还未得到充分的研究，采用丝网反应器研究煤等含碳物料在快速升温下的热解气化特性。　　2.文献综述　　煤气化概述　　煤气化，就是将煤与气化剂(如空气、氧气、二氧化碳或水蒸气等)在一定温度和压力下进行反应，使煤中可燃部分转化为可燃气体(如一氧化碳、氢气和甲烷等)的工艺过程，即将煤中的有机质最大限度地转变为有用的气态产品[4]。煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术，是发展煤基大宗化学品和液体燃料合成、先进的整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统、多联产系统、制氢、燃料电池、直接还原炼铁等过程工业的基础。煤气化技术概述　　煤气化技术按煤在气化炉内的状态分为移动床气化、流化床气化、气流床气化。　　固定床气化　　固定床气化是最早的煤气化技术。在气化过程中，块煤或碎煤由气化炉顶部加入，气化剂由底部通人，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。该技术成熟，但单炉气化能力小，副产物多，煤种适应性差，环境友好性差。[5]　　固定床气