91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者；鄭曉敏

  當(dāng)代國(guó)際上垃圾處理技術(shù)發(fā)展總的趨勢(shì)是垃圾減量化、資源化和無(wú)害化有機(jī)地結(jié)合在一起。因此高值化地利用填埋氣、垃圾資源，使其轉(zhuǎn)化為合成氣并最終制備高附加值的化學(xué)品，對(duì)提高資源的利用水平，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。

  利用填埋氣的主要成分CH。、C02及垃圾可燃組分為原料，通過(guò)生活垃圾可燃組分在富C02條件下受控氣化，氣化制備的粗燃?xì)庠倥cCH。在氣化劑（02、H20等）作用下重整、凈化后生產(chǎn)合成氣是一種生活垃圾與填埋氣資源化回收利用的新思路。澳大利亞的Brightstar環(huán)境工程公司及中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所都進(jìn)行了相關(guān)的研究。甲烷部分氧化制合成氣是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，模型、實(shí)驗(yàn)、催化劑制備等方面都已有較為廣泛及深入的研究。但目前甲烷部分氧化制取合成氣的反應(yīng)機(jī)理還不太明確。由于CO。、H2、CO等組分對(duì)甲烷部分氧化過(guò)程的影響，甲烷與垃圾氣化粗燃?xì)獾墓怖�用反�?yīng)過(guò)程及機(jī)理更為復(fù)雜。本文中采用熱力學(xué)平衡模型對(duì)垃圾氣化粗燃?xì)馀c填埋氣中分離出來(lái)的甲烷共重整過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析了溫度、氣化劑添加量、粗燃?xì)馀c甲烷比值等條件對(duì)重整過(guò)程的影響，為垃圾氣化粗燃?xì)馀c甲烷共重整制高品質(zhì)合成氣的深人研究及工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

1  熱力學(xué)平衡分析

1.1熱力學(xué)平衡模型

由于氣流床反應(yīng)溫度較高（通常高于1 200CC），其氣相反應(yīng)可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡。垃圾氣化粗燃?xì)馀c甲烷氣流床高溫重整制合成氣的熱力學(xué)平衡分析，可等價(jià)為由方程(1)~(3)的線性規(guī)劃的極值問(wèn)題。

  方程(1)為垃圾氣化粗燃?xì)馀c甲烷氣流床部分氧化重整制合成氣系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程，其中k為系統(tǒng)中包含的元素，模型中為C、H、0；C為反應(yīng)體系中考慮的組分?jǐn)?shù)，包含H20、02、H2、C(s)、CO、CO2、CH。共7種；mjk為第k個(gè)元素在第，個(gè)組分中的含量。方程(2)是系統(tǒng)的能量守恒方程，系統(tǒng)反應(yīng)前后組分的熱焓值守恒。體系達(dá)到化學(xué)反應(yīng)熱平

衡的判據(jù)式如方程(3)所示，體系的Gibbs自由能達(dá)到極小值，其中S代表僅僅單獨(dú)存在的相，如固體C(s)顆粒，P為系統(tǒng)中相的個(gè)數(shù)。

1.2轉(zhuǎn)化指標(biāo)

甲烷轉(zhuǎn)化率：甲烷轉(zhuǎn)化率定義為反應(yīng)系統(tǒng)中甲烷轉(zhuǎn)化量（進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)中甲烷量與合成氣中甲烷量的差值）與進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)中甲烷量比值。

炭黑[C(s)]生成率：制備得到的粗合成氣中C(s)的摩爾數(shù)與C(s)的理論最大產(chǎn)生摩爾數(shù)的比值：

冷煤氣效率：類比固體氣化的概念，將利用垃圾氣化粗燃?xì)馀c甲烷共重整制備粗合成氣的冷煤氣效率定義為，粗合成氣中目標(biāo)氣體( CO，H2)的熱值與進(jìn)入系統(tǒng)的氣體( CH4、FG)總熱值的百分比。

2結(jié)果與討論

2.1  溫度對(duì)合成氣制備的影響

參考常見工況下垃圾富氧氣化產(chǎn)氣的典型組分，本文中模擬計(jì)算采用的垃圾氣化粗燃?xì)獬煞郑�體積分?jǐn)?shù)）為H2 33.30%，C0  35. 25%，C0231. 45%。為考慮溫度對(duì)合成氣成分的影響，圖1給出了在不考慮系統(tǒng)能量守恒方程的情況下，02/CH。、溫度對(duì)合成氣成分的影響。通入系統(tǒng)中的02和氣化粗燃?xì)庵泻�有的C02可以作為反應(yīng)系統(tǒng)的氣化劑參加反應(yīng)。

  如圖1中所示，在所有計(jì)算工況下02均完全轉(zhuǎn)化，這是由于02反應(yīng)活性較強(qiáng)”3，會(huì)優(yōu)先與系統(tǒng)中還原性物質(zhì)反應(yīng)。由圖1(c)、(f)可以看出，當(dāng)02/CH4 <0.6，此時(shí)系統(tǒng)中的氣化劑總量較少，在高溫下CH。發(fā)生直接熱裂解產(chǎn)生碳黑和H2。隨著02添加量的增加，CO含量迅速增加，H2含量、C(s)生成率減少。由于此時(shí)系統(tǒng)中有大量C(s)存在，進(jìn)入系統(tǒng)的H原子幾乎全部轉(zhuǎn)化為H2，且H2含量隨溫度幾乎不變，C02含量很少，隨02/CH4增加的增加量不明顯，C(s)、C02含量隨溫度升高而減小，CH。轉(zhuǎn)化率、CO含量隨溫度升高而增加。

  當(dāng)02/CH4=0.6~0.8時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)中氣化劑已經(jīng)足夠?qū)�CH。按反應(yīng)方程(3)~(5)氧化，合成氣中只有極少量的碳黑產(chǎn)生，與CH。反應(yīng)完后剩余的02與反應(yīng)產(chǎn)物中的H2、CO按方程(1)、(2)反應(yīng)。隨著02添加量的增加，C02、H20含量迅速增加，CO、H2含量均減少。隨著溫度的升高，C02、H2的含量減小，CO、H20的含量增加。這是因?yàn)樗畾馄胶夥磻?yīng)(6)是放熱反應(yīng)，溫度升高反應(yīng)平衡向消耗CO2和H2，生成CO和H20的方向進(jìn)行；在計(jì)算的工況下，H2/C0在1.2—2.6變化，且H2/C0隨02/CH4增加迅速降低，但隨溫度的升高只略有下降。

2.2 02：H20: CH4對(duì)共重整過(guò)程的影響

  合成氣生產(chǎn)過(guò)程中，通常通過(guò)添加O2來(lái)使重整反應(yīng)維持在合適的溫度，添加水蒸汽來(lái)調(diào)整合成氣中的H2/CO，以滿足不同合成工藝的需要。本文中考察了02/CH4及H2O/CH4( 02: H2O2CH。)對(duì)合成氣中CO、C02、H2含量，CH4、H20轉(zhuǎn)化率，C(s)生成率，H2/CO，溫度(r)，冷煤氣效率(CGE)9個(gè)量的影響，以分析02、H20對(duì)垃圾氣化氣與甲烷共重整過(guò)程的影響特性。圖2—圖4給出了FG/CH。在0—1. 46時(shí)，上述9個(gè)量隨O2：H20: CH。的變化。從圖

2～圖4中可以看出，在所有計(jì)算工況下，水蒸汽的加入都會(huì)顯著降低反應(yīng)系統(tǒng)的理論溫度、CH。轉(zhuǎn)化率以及合成氣中CO的含量。O2/CH。在0.4附近且H，O/CH4為4時(shí)水蒸汽的轉(zhuǎn)化率較高，但整體來(lái)說(shuō)水蒸汽的轉(zhuǎn)化率較低，通常水蒸汽轉(zhuǎn)化率小于10%。大多數(shù)工況下水蒸汽的加入有利于提高合成氣中H2含量的提高，但水蒸汽轉(zhuǎn)化率最高的區(qū)域與H2含量最高的區(qū)域并不完全重合，而是略微偏向02/CH4及H2 0/CH4稍低的區(qū)域。這是因?yàn)橄到y(tǒng)中的H2來(lái)源于甲烷的部分氧化／熱裂解及水氣平衡反應(yīng)，在其他條件相近的情況下產(chǎn)生更多的H2，這與Yan等研究結(jié)果一致。

  02/CH。在0.3~0.8時(shí)，合成氣中的H2和C02含量均隨水蒸汽添加量的增加而增加，C(s)產(chǎn)生率隨水蒸汽添加量的增加而減少。這是由于此時(shí)系統(tǒng)中氣化劑的量雖然仍然不足，但系統(tǒng)反應(yīng)溫度較高（一般高于900 K）。此時(shí)系統(tǒng)中的CH。部分發(fā)生氧化反應(yīng)，部分發(fā)生直接裂解。隨著水蒸汽添加量的增加，水氣平衡反應(yīng)向消耗H20、CO，產(chǎn)生C02、H2的方向進(jìn)行，使得合成氣中的C02、H2含量，水蒸汽轉(zhuǎn)化率增加，CO含量減少。但同時(shí)由于水蒸汽的加入導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)溫度降低，隨著水蒸汽添加量的增加，C(s)生成率和甲烷的轉(zhuǎn)化率降低。

  02/CH。>0.8以后，合成氣中的H2和C02含量仍隨水蒸汽添加量的增加而增加，但此時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)中的氣化劑已經(jīng)足夠使CH。氧化成為CO、H，及少量的C02和H20，反應(yīng)產(chǎn)物中幾乎沒有C(s)。添加到反應(yīng)系統(tǒng)的水蒸汽通過(guò)水氣平衡反應(yīng)(6)向消耗水蒸汽、CO產(chǎn)生C02、H2的方向進(jìn)行，使得合成氣中的C02、H2含量增加，CO含量減少。此時(shí)如果02/CH4繼續(xù)少量增加，根據(jù)Li等的計(jì)算結(jié)果，反應(yīng)生成的氣體中H2會(huì)開始跟02反應(yīng)，導(dǎo)致合成氣中CO和C02含量略微增加，H20的轉(zhuǎn)化率降低。圖2—圖4為反應(yīng)系統(tǒng)的冷煤氣效率( CGE)，冷煤氣效率隨進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的水蒸汽量的增加，逐漸向02/CH4較高的區(qū)域移動(dòng)。同時(shí)可以看出在所有計(jì)算工況下，02: H20: CH4相同時(shí)，隨FG添加量的增加，冷煤氣效率有所提高。這表明與單純甲烷重整制合成氣相比，垃圾氣化氣與甲烷共重整制合成氣有利于提高系統(tǒng)的能量利用效率�？傮w來(lái)說(shuō)，02/CH4=0.6~0.8時(shí)冷煤氣效率最高。

3結(jié)論

  采用熱力學(xué)平衡模型對(duì)垃圾氣化粗燃?xì)馀c填埋氣主要成分CH。共重整制備合成氣進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在氣流床工作溫度范圍內(nèi)(>1  100℃)，溫度的升高有助于提高甲烷轉(zhuǎn)化率；H20: 02: CH。對(duì)重整制備的合成氣組分影響明顯。水蒸汽的加入有利于提高合成氣中H2含量的提高，但水蒸汽轉(zhuǎn)化率最高的區(qū)域與H2含量最高的區(qū)域并不完全重合，02/CH4為0.4且H2O/CH。為4時(shí)水蒸汽的轉(zhuǎn)化率較高。

綜合考慮反應(yīng)溫度、CH4轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率，比較合理的工況應(yīng)該將02/CH�？刂圃�0.65~0. 80，H2 0/CH4控制在0~0.3。在FG/CH。分別為0、0. 73、1.46時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)能達(dá)到的最大H2/CO分別為3.5、2. 75、2．O。通過(guò)垃圾氣化氣與甲烷共重整制備的合成氣H2/CO可以滿足大部分合成工藝的要求。

4摘要：對(duì)垃圾氣化粗燃?xì)? FG)與填埋氣中分離出來(lái)的甲烷共重整過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。考察了溫度、H20與02添加量、甲烷與氣化粗合成氣混合比例等對(duì)氣化氣和甲烷共重整制合成氣特性的影響。結(jié)果表明，在氣流床操作溫度范圍內(nèi)( >1100℃)，反應(yīng)溫度的升高有助于提高甲烷轉(zhuǎn)化率；合成氣組分隨H2O202: CH4變化明顯，所有工況下水蒸汽的加入都會(huì)顯著降低反應(yīng)系統(tǒng)的理論溫度、CH。轉(zhuǎn)化率以及合成氣中c0的含量。綜合考慮CH。轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率，將02/CH。及H2 01CH4分別控制在0.65~0.8、0~0.3是比較合理的操作區(qū)間。