流化床与固定床中甲烷裂解制氢过程的比较

流化床透氧膜反应器用于天然气制氢的工艺模拟摘要：氢气是一种重要的化工原料，流化床透氧膜反应器是一种新型的天然气制氢装置。

建立了这种新型用制氢装置的Aspen Plus®模型，并模拟研究了反应压力、氧碳比（O C）、水碳比（S C）对反应温度、合成气成分的影响，并与普通的流化床自热反应器进行了比较。

比较结果表明，流化床透氧膜反应器由于分离了空气中的N2，反应器可在高的氧气浓度下进行，合成气中的H2浓度大大提高，甲烷转化率较大，氢气产量也提高。

关键字：流化床透氧膜氢气天然气Process simulation of fluidized bed oxygen permeable membrane reactor for hydrogen production from natural gasAbstract：Hydrogen is an important chemical commodity. Fluidized bed oxygen permeable membrane reactor is a novel technology for hydrogen production from natural gas reforming. An Aspen model is built for this new reactor. Influences of reaction pressure, oxygen to carbon ratio (O C), steam to carbon ratio (S C) on the reaction temperature and syngas composition are studied. The results are compared with the ordinary fluidized bed reactor. It shows that the fluidized bed oxygen permeable membrane reactor has a higher methane conversion and a hydrogen yield and a higher hydrogen concentration in the syngas, due to its in-situ oxygen separation from air.Key words:fluidized bed oxygen permeable membrane hydrogen natural gas0 引言氢气是一种重要的化工原料，在国防、石化、轻工、冶金、食品等行业有广泛的应用。

鼓泡流化床中甲烷催化裂解制氢的实验研究刘少文;陈久岭;曹磊;柳泉润;李永丹【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2004(029)002【摘要】采用15Ni3Cu2Al(原子比)复合氧化物催化剂,用氮气稀释的甲烷为原料,在流化床中对甲烷催化裂解制氢进行了研究.初始甲烷浓度范围为20%～50%,反应温度控制在500～680℃,临界流化高度为10～30mm.600℃时反应气体流量控制在250～360 ml/min 之间,流化床稳定操作可以在一定的反应时段内实现.当初始甲烷浓度为48%,反应温度600℃,产物氢气浓度达42%,且可以稳定维持在30min 以上,能实现氢气的稳定生产.热力学计算表明试验值与平衡值还有一段距离,因此优化操作还可进一步进行.【总页数】6页(P6-11)【作者】刘少文;陈久岭;曹磊;柳泉润;李永丹【作者单位】天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072;天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072;天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072;天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072;天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TQ203.8【相关文献】1.流化床中甲烷在活性炭上裂解制氢研究 [J], 白宗庆;陈皓侃;李文;李保庆2.流化床与固定床中甲烷裂解制氢过程的比较 [J], 刘少文;李永丹3.处理方法对活性炭在流化床反应器内甲烷催化裂解制氢活性的影响 [J], 贺苗;陈久岭;李永丹4.流化床中甲烷裂解制氢与催化剂再生过程研究 [J], 刘少文;叶志华;梁罚;柳泉润;李永丹5.铈钴复合氧化物催化甲烷裂解制氢及两步法制合成气实验研究 [J], 李孔斋;王华;魏永刚;刘明春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

固定床与流化床、悬浮床渣油加氢处理技术研究摘要：随着石油资源的日益减少和原油重质、劣化趋势的加剧，渣油加氢工艺是实现渣油清洁高效转化的关键技术，固定床渣油加氢工艺已成为渣油加工的重要手段。

根据渣油加氢工艺的反应原理，分析了固定床与流化床、悬浮床渣油加氢技术的应用，最后提出了固定床渣油加氢装置高效运行的保障措施。

关键词：炼油；固定床；流化床；悬浮床；渣油加氢工艺技术前言：渣油是原油蒸馏后其中的不理想组分、不理想杂质组成物，渣油的二次加工难度较大，多应用于炼油厂锅炉燃料，也可作为催化裂化装置的原料。

渣油内有较高的硫、氮、残碳和重金属，如果不做处理，燃烧后会产生大量的含硫气体以及温室气体，污染周围环境，威胁生态平衡，也会给下游装置造成较大影响。

渣油加氢技术能脱出渣油中大部分硫、氮、残碳以及重金属，能够大大的降低渣油燃烧后所产生的污染气体，减少废气处理量，增加了重质原油的加工量，减低了企业的加工成本，增加了企业的经济收入。

目前，渣油处理工艺多为固定床渣油加氢处理技术，其他形式的工艺技术也具有相同的效果，但是各有优缺点，本文主要对此进行研讨。

1.固定床渣油加氢工艺反应原理1.1脱硫反应作为脱硫反应沸腾床-固定床组合渣油加氢处理最为重要的化学反应，脱硫反应参与硫化物类型复杂、结构复杂，涉及流程较为复杂。

通常情况下，硫化物脱硫反应可认为是渣油借助硫化物催化作用，促使碳硫反应断裂，属于氢解反应，可释放硫化氢气体、无硫饱和烃，这类化学反应比较强烈，为不可逆反应。

加氢脱硫反应中，催化剂颗粒尺寸、催化剂孔径分布、催化剂颗粒工艺条件为三大主要影响因素。

1.2脱金属反应加氢脱金属反应主要是去除金属杂质，比如：镍、铁，金属杂质会影响残渣二次反应性能。

脱金属与脱硫反应类似，属于沸腾床-固定床组合渣油加氢处理的关键化学反应，属于一个或多个可逆反应。

该反应影响因素为催化剂颗粒尺寸、催化剂孔径分布、反应物分子扩散率。

1.3反硝化反应残渣内的氮元素存在形式为氮杂环化合物，杂环饱和后加氢，能够促进碳氮裂解，并形成气产物。

废旧轮胎裂解：通过固定床反应器和移动床反应器之间的比较为了解反应器类型对于产量和产品质量的影响，在固定床和移动床中进行废旧轮胎的降解。

两个反应器都使用典型的降解条件：600 C 和惰性气体。

移动床反应器在连续模式下操作，被设计成以15 kg/h速度降解废旧轮胎。

反应具有较好的可重复性和稳定性。

而且，当在固定床和流动床反应器中得到的反应物相比较时，尽管固体在固定床中比在流动床中的停留时间长，但在两个反应器中全部的橡胶都发生了转变。

而且由于快速的加热率和长时间的气体存留时间，在移动床中裂解产品发生严重的裂化反应。

关于裂解产品，固体碎片大部分是由碳黑组成，液相是由烃碳混合物，气象是由轻烃、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢和氢气组成。

Introduction尽管做出了很多努力，产品结束的时候仍然存在环境污染。

事实上，这是占2%总固体废料的废旧轮胎一个挑战性问题。

仅在欧盟，据估计每年有2.5亿汽车和卡车轮胎被丢弃，大约有260万吨。

全世界废旧轮胎估计有10亿轮胎。

解决这一问题被欧盟摆在了突出位置，欧盟试图通过两个欧洲委员会指令管理轮胎：垃圾填埋场指令（1992）和车辆最后寿命指令（2000），前者禁止填埋轮胎，后者规定通过车辆拆除分类收集轮胎并且鼓励循环利用它们。

通过欧盟这两个指令将会在管理上发挥重要作用。

直到现在，在欧洲管理废旧轮胎有以下几种方式：填埋（40%）、能源回收（20%）、物质循环（18%）、重新喂料（11%）和出口（11%）。

考虑到垃圾填埋指令还有实施，迫切需要发展一种替换技术来解决至少40%倾倒在垃圾场里的废旧轮胎。

这些技术必须确保轮胎转变成可使用的产品或者环境友好型能量。

轮胎材料易挥发而且固定碳含量的热值比煤炭和生物质高，这些性能使得其成为热化学处理过程的理想原材料。

热解可以成为废旧轮胎管理的一种选择。

轮胎热解后可以获得三个相：气体、液体和固体。

固体和液体产品可以被重新获得、贮存以及有可能商业化，气体部分待在原处为反应过程提供能量需要，这有助于设计一种成本效益好的热综合过程不同的实验系统用来完成废旧轮胎热解过程。

两种煤气化方式的比较代红亮【摘要】对两种气化工艺( Lurgi和 GSP)从气化方法、煤种、进料要求、气化炉构造及国产化、生产能力、气化炉开车、废水处理方面进行了比较。

通过比较，GSP气化比Lurgi气化具有气化煤种更广泛、煤种适应性更强、气化炉构造简单、维修量小、生产能力大、开车快、废水量少且处理系统简单的优点， Lurgi气化比GSP气化具有简单的进料要求、高的设备国产化率、低的氧气消耗、运行业绩较多的优点。

为选择气化方式时提供参考。

%Two gasification process ( Lurgiand GSP ) were Compared through gasification methods, coal, feed requirements, gasifier structure and localization, production capacity, start-up and effluent treatment. There were some advantages in GSP gasification technology better than in Lurgi gasification, such as coal universality, more stronger adaptability, simple structure of gasifier, small amount of maintenance, large production capacity, driving fast, a small amount of waste water and easy processing, etc. . However, in terms of simple feed requirements, high equipment localization rate, low oxygen consumption and operational performance, there were more advantagesin Lurgi gasification. A reference for choosing way of gasification was provided.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P126-128,158)【关键词】煤气化;固定床;流化床;气流床【作者】代红亮【作者单位】中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司，新疆伊宁835000【正文语种】中文【中图分类】TQ546我国是一个缺油、少气、煤炭资源相对丰富的国家，如何利用我国煤炭资源的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。

流化床中甲烷催化裂解制备碳纳米管和氢气刘唐;骞伟中;汪展文;魏飞;金涌;李俊诚;李永丹【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2003(054)011【摘要】利用高活性的纳米Ni/Cu/Al2O3催化剂,在流化床反应器中研究了CH4裂解制备碳纳米管与H2的过程.CH4的转化率受流化床中的操作条件(温度、空速、气速及升温速率等)影响,碳纳米管的形貌也受过程的升温速率影响.在低升温速率下,能够同时得到较高的CH4转化率与形貌较好的碳纳米管.而且采用低的升温速率,可以在流化床(提供碳纳米管生长的自由空间)中连续生长碳纳米管,从而为将来的连续化大批量制备碳纳米管奠定了基础.【总页数】5页(P1614-1618)【作者】刘唐;骞伟中;汪展文;魏飞;金涌;李俊诚;李永丹【作者单位】清华大学化学工程系,北京,100084;清华大学化学工程系,北京,100084;清华大学化学工程系,北京,100084;清华大学化学工程系,北京,100084;清华大学化学工程系,北京,100084;清华大学化学工程系,北京,100084;天津大学化学工程系,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TQ032.41【相关文献】1.Ni/Al2O3催化裂解乙醇制备氢气协同生长碳纳米管研究 [J], 王建华;阿布都瓦依提·玉苏甫;遆晓南;杨再磊2.Al2O3气凝胶负载钴催化剂催化甲烷裂解制备碳纳米管 [J], 朴玲钰;周兴政;陈九岭;李永丹掺杂Ni—SiO2催化剂催化裂解甲烷制备氢气和碳纤维 [J], 王文华;王和义;蒋树斌;杨勇;4.甲烷在Ni/SiO2催化剂上裂解制碳纳米管和氢气 [J], 李建中;吕功煊;李克5.甲烷催化裂解制备氢气和碳纳米管 [J], 金鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

煤制氢工艺流程煤制氢是一种通过煤炭资源转化为氢气的工艺，在能源转型和减少碳排放的背景下，煤制氢成为一种潜在的清洁能源解决方案。

下面将介绍煤制氢的工艺流程。

煤制氢的工艺主要包括煤气化、气体净化和氢气分离三个步骤。

首先是煤气化步骤。

该步骤将煤炭在高温和高压条件下与氧气或蒸汽反应，产生一种混合气体，即合成气。

合成气主要由氢气、一氧化碳、二氧化碳和少量的甲烷等组成。

煤气化反应可以使用不同的反应器，常见的有固定床煤气化反应器和流化床煤气化反应器。

固定床煤气化反应器将煤块装入反应器中，通过气体在煤层中的渗透来实现气化反应；而流化床煤气化反应器则通过在煤床中持续注入气体来保持颗粒的浮动状态，并与气体发生反应。

接下来是气体净化步骤。

合成气中含有很多杂质，如硫化氢、苯和氨等，需要经过净化来去除。

常见的净化方法包括吸附法和脱硫脱氨法。

吸附法通过将合成气经过吸附剂层进行吸附，将杂质分离出来。

脱硫脱氨法则是通过将合成气经过吸收剂进行吸收，并进行化学反应来去除杂质。

最后是氢气分离步骤。

经过净化后的合成气中含有一定量的氢气，需要进行进一步的提纯。

常见的分离方法有压力摩擦法和膜分离法。

压力摩擦法是将合成气通过一系列的膜孔或孔隙，通过压力差将氢气和其他气体分离。

膜分离法则是通过透过膜的气体分子大小和亲和性的不同来实现氢气的分离。

在整个工艺流程中，还需要对各个步骤的废气进行处理和回收利用。

例如，煤气化反应产生的尾气可以通过余热回收来提高能源利用效率。

气体净化步骤产生的废气可以通过吸收剂再生或气体燃烧来消除有害物质。

需要注意的是，煤制氢工艺虽然可以将煤炭转化为氢气，但在实际应用中仍面临一些挑战。

首先是煤气化过程产生的二氧化碳排放问题，需要采取碳捕集和封存等措施。

其次是氢气分离技术的成本问题，目前大部分分离方法仍存在较高的投资和运营成本。

总的来说，煤制氢工艺流程包括煤气化、气体净化和氢气分离三个步骤，通过这些步骤可以将煤炭转化为氢气，并减少碳排放。

收稿日期:2002-08-06 基金项目:广东省自然科学基金资助项目(010876)文章编号:0254-0096(2003)06-0758-07生物质流化床气化制取富氢燃气的研究吕鹏梅,熊祖鸿,王铁军,常　杰,吴创之,陈　勇(中国科学院广州能源研究所,广州510070)摘　要:以流化床为反应器,对生物质空气-水蒸汽气化制取富氢燃气的特性进行了一系列实验研究。

在本实验中,气化介质(空气)从流化床底部进入反应器,水蒸汽从进料点上方通入反应器。

在对实验数据进行分析的基础上,探讨了一些主要参数如:反应器温度,水蒸汽/生物质比率S /B (Steam /Biomass Ratio ),当量比ER (Equivalence Ratio )以及生物质粒度对气体成分和氢产率的影响。

结果表明:较高的反应器温度,适当的ER 和S /B (在本实验研究中分别为0.23,2.02),以及较小的生物质颗粒比较有利于氢的产出。

最高的氢产率:71g H 2/kg biomass 是在反应器温度为900℃,ER 为0.22,S /B 为2.70的条件下取得的。

关键词:生物质;水蒸汽气化;制氢中图分类号:T K 6 文献标识码:A0　引　言氢是一种极为理想的二次能源,具有燃烧热值高,清洁无污染,适用范围广的特点;目前氢被广泛应用于化学、食品、冶炼、航空、交通运输等领域。

随着氢应用范围的扩大和氢能需求的增长,各个国家纷纷加快氢能的开发研究。

生物质资源丰富,是一种污染小的可再生能源,对生物质进行热化学处理以得到富氢燃气是很有前景的一种氢能开发方式[1],已引起了世界各国研究者的普便注意。

J .L .Cox 等[2]认为通过控制气化条件和优化反应器设计,由生物质气化可以得到较高的氢产出。

国外在这方面已进行了相当多的研究[2-15]。

但是,以产氢为研究重点的比较少[2-4,11,14]。

J .L .Cox 等[2]利用一膜反应器将生物质气化和氢气分离合成一步,经实验证明具有较好的操作性能。

前言能源是人类社会生存和发展的基础，是文明社会取得进步的先决条件。

在人类开发和利用自然资源的漫漫历史长河中，能源成为工业化社会经济发展的“命脉”和“血液”，能源科技的每一次进步都会带来世界性的产业革命和经济飞跃，可以说人类的社会生产生活与能源息息相关。

氢能是最理想的清洁能源之一，具有能量密度高，效率高，无污染等特点。

近年来,由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的突破,车载燃料电池陆续出现，这极大的推动了社会对氢能的需求。

在化学工业中, 氢气用量最大的是合成氨与石油炼制, 在其它领域, 如冶金、电子、玻璃、医药、食品、航天、能源等都需要用到氢气[1]近年来, 随着炼油过程中加氢重整与加氢裂化[2, 3 ]氢气需求量的增长, 以及石化行业如合成氨[4 ]、合成汽油[5, 6 ]、合成甲醇[7, 8 ]、费托合成[9, 10 ]等对氢气的需求呈增长趋势, 甲烷、石脑油、重油蒸汽转化与煤蒸汽气化制氢技术受到了更大重视. 特别是社会对环境质量的重视程度日益提高, 燃气排放物中的硫含量指标减少, 同时原油的加工程度不断加深, 这也增加了对氢气的需求. 氢气是一种洁净的燃料, 燃烧热值大而产物是水, 不会产生大量的温室气体如CO2、CH4和污染气体, 如SO2、NOx 等.多种概念和构型的燃料电池从技术上已经进入商业化时代[1 ], 特别是低温燃料电池允许的CO 含量在10- 6数量级[11]. 因而低温燃料电池对氢气的质量提出了新的要求.天然气由于储量丰富, 将是合成气生产进而生产氢气的主要原料. 尽管煤的储量更大, 而且价格便宜, 但其投资是以天然气为原料的合成气工厂的三倍. 因此, 本文主要讨论甲烷转化制氢气。

以低碳烃或碳为原料制氢时, 通常先制得合成气, 再经过变换、脱碳得到较纯的氢气. 据估计, 合成气生产成本约占整个制氢过程的60%～70% [12], 因此, 合成气生产成本对整个制氢成本具有重要影响.在这样的氢气需求背景下, 氢气生产的新工艺得到了发展, 并与传统的制氢技术相竞争。