煤制天然气工艺技术和催化剂的研究进展
时间：2021-02-09 00:05:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：近年来，伴随着我国社会经济的高速发展，社会对于各种能源资源的需求在逐年增加。为了最大化的提高煤矿资源的利用效率，人们逐渐将研究的方向转变为煤制天然气方面。作为一种常见的能源，煤制天然气在社会中得到了广泛的使用，并且为社会当中的各个行业领域做出了一定的贡献。本论文通过对煤制天然气工艺技术进行概述，分析了固定床甲烷化工艺技术以及浆态床甲烷化工艺技术，而后对煤制天然气催化剂的制作准备进行分析研究，旨在为相关研究人员提供一定参考的依据。
关键词：煤制天然气；工艺技术；催化剂；研究进展
为了实现国家可持续发展战略目标，传统的以煤矿作为主要能源结构的生产模式已经不能适应当前社会市场经济发展的需要。为了提高煤矿资源的利用效率，降低社会对于能源的消耗程度，人们逐渐将研究的对象转换为煤制天然气。煤制天然气与传统煤矿资源相比，属于一种较为清洁的能源，能够降低对周边环境的不良影响。对于煤制天然气制造工艺来说，其中最为重要的便是煤气化技术以及甲烷化技术。就目前阶段来说，随着人们对于周边生活以及工作的环境条件逐渐加强重视，因此，对于社会中使用的能源的清洁性有了更高的要求，促使煤制天然气技术已经取得了一定的成绩。
1 煤制天然气工艺技术概述
1.1 固定床甲烷化工艺技术
通常来说，对于化学专业而言，其化学反应主要分为两种，即一种为吸热反应，另一种为放热反应。而在煤制天然气工艺技术当中，甲烷化反应就是属于放热反应。当研究人员进行甲烷化反应时，为了避免反应时放出的热量对于最终的反应结果产生一定的影响，需要研究人员利用固定床反应器当中所包含的列管式换热器对热量进行排除操作。值得注意的是，为了最大程度的保证甲烷化反应的可控性，需要研究人员预先在不同的反应器当中设置多个固定床反应器，促使整个甲烷化反应能够缓慢稳定的进行。对于反应时周边环境温度的控制，可以借助于多步气体循环逐级进行冷却。
当前阶段，在市场当中存在的各种甲烷化工艺当中，主要是以德国鲁奇的煤制天然气甲烷化生产工艺较为成熟，并且在实际的工业生产中得到了一定的应用。德国鲁奇煤制天然气甲烷化生产技术，需要设置两个绝热固定反应器，同时在每一个反应器当中需要设置一个内部的循环散热系统。而利用该技术进行实际应用时，需要选择两种不同类型的催化剂帮助反应快速稳定的运行。其中一种为浓度百分之二十的镍与氧化铝相结合体系。需要特别注意的是，此种催化剂在使用之后会在短时间内失去活性。另一种催化师是高镍催化剂该催化剂是由巴斯夫公司所设计提供的。与前一种催化剂进行比较，这种高镍催化剂生命周期比较强，并且能够长时间保持一定的活性。对于鲁奇煤制天然气甲烷化生产技术来说，其运用最为广泛的是在美国大平原煤制天然气项目当中，并且自启动以来，该项目的规模在不断的扩大，并且天然气的产量也在逐渐上升。
1.2 浆态床甲烷化工艺技术
浆态床反应器在进行甲烷化反应时，主要是借助于预先引入的惰性液相介质进行甲烷化反应放出大量热能的吸收。而惰性液相介质之所以能够吸收大量的热量，主要是由于其自身的热导系数比较高，并且热容比较大。通过惰性液相介质吸收大量的热量，能够保持甲烷化反应的稳定性，进而确保整个化学反应能够在稳定的环境中持续进行，有利于保证化学平衡。因为，浆态床自身的热传导系统具备较高的工作效率。因此，能够在一定程度上降低甲烷化反应的起活温度。而这种现象的发生，能够有效解决常规固定床中因为反应温度比较高，而造成反应使用的催化剂失去活性的问题，进而促使反应催化剂的生命周期得到了进一步的延长。
一般来说，实验室当中普遍使用的浆态床反应器内部存在的内胆反应器大都为搅拌釜形式，同时对外部的加热装置进行了保温措施的处理，并且在内部设置了冷却盘管、气液分离器以及气体分布器，从而完成反应阶段的换热工作。对于浆态床反应器来说，其原料气体主要是通过鼓泡的形式由反应器的底部进入到反应器装置当中。而在液相介质中，能够与反应所使用的催化剂进行充分的接触。一般来说，反应器中的液体通常为混流的状态，并且液体的温度相对均匀，研究人员进行操作时没有较大的难度，能够根据实验的目的对液体的问题进行分级操作，从而促使不同反应都能够在合适的温度当中进行，在一定程度上为催化剂的选择提供了更多的可能性。对于反应中产生的反应热，主要是借助于冷却盘管向外界排放，并且能够帮助原料气进行一定程度的预热，从而提高的资源的利用效率。从甲烷化反应强放热的角度进行分析，浆态床具有一定的优势，即能够有效的解决催化剂在反应过程中因为高温而失活的问题，同时也能够避免镍基甲烷化催化剂产生高温积碳的问题。
2 煤制天然气催化剂的制作准备
2.1 助剂的制备
通常情况下，助剂自身没有较高的活性，但是如果在催化剂当中加入少量的助剂，则能够较大程度的提高催化剂的使用效果以及活性。存在部分助剂能够延长催化剂的生命周期，耐热性等性能。研究人员通过对镍铁双金属催化剂的内部结构进行分析，并且对其在甲烷化反应中所呈现的各项性能以及作用的观察，确定当在其中引入第二组分铁，能够在一定程度上加强一氧化碳甲烷化的催化性能。
根据大量的实验以及总结，发现铂铝双金属催化剂能够比单金属催化剂展现出更高的性能。通过在催化剂当中引入第二种类型金属，能够帮助缓解催化剂的氧化或者中毒問题。例如，在利用镍基催化剂进行甲烷化反应时，假设在催化剂当中加入铁助剂，则能够帮助催化剂提高甲烷的活性。如果镍含量达到百分之七十五的时候，能够保证催化剂的活性达到峰值
2.2 载体的制备
对于煤制天然气的甲烷化反应来说，为了有效避免催化剂在反应的过程中出现团聚或者烧结的问题，则需要借助于载体。与此同时，通过利用载体，也能够帮助催化剂提高其自身的各项性能，例如抗毒性、选择性等。对于一氧化碳甲烷化催化剂来说，其主要使用的载体有氧化铝、氧化硅等。其中，氧化铝作为一种使用较为广泛的催化剂载体，其自身具有非常强的稳定性。因为氧化铝表面存在大量的3价铝离子以及2价的氧离子，因此，能够较为直接的与氧化镍进行反映，形成表面离子键。通过此种反映，能够帮助还原之后的镍粒子呈现出更细的状态，从而提高镍粒子的活性。对于氧化硅来说，尽管就目前阶段，氧化硅在市场当中的运用并不十分广泛，然而在酸性环境当中，氧化硅能够呈现出较强的稳定性。基于氧化硅作为载体进行催化剂的制备，尽管催化剂的活性存在着一定的限制，但是催化剂自身的表面积以及强度却得到了增加。因此，为了提高反应的效率，可以利用氧化铝与氧化硅共同组合的形式作为复合型载体，最大程度的强化催化剂的各项性能。
3 结束语
综上所述，对于煤制天然气工艺来说，固定床煤制天然气甲烷化工艺进行阶段，需要借助于导热设备对反应所释放的热量进行处理。而浆态床煤制天然气甲烷化工艺则能够较为快速的将热量排出，并且能够增加了对温度、活性以及使用寿命的操作性。另外，对于反应催化剂的制备，需要选择合适的助剂以及载体，最大程度的强化催化剂的性能。
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