论文部分内容阅读
天然气制合成气是天然气大规模利用的主要途径，合成气制备的设备投资和操作费用约占全过程投资和操作费用的50-75％，改进和革新造气过程是天然气化工利用节能降耗的关键。甲烷催化部分氧化是很有应用前景的工艺过程，但目前仍处于实验室开发阶段，技术尚未成熟。中国石油大学（北京）开发的中试规模热量耦合型固定床反应器，虽然取得了一定的成效，但是，积碳以及反应器局部过热问题仍然制约着这一过程的连续运转。经过分析，主要原因是天然气和氧气混合不均匀，在天然气浓度过高的区域增加了甲烷裂解的机率，而在氧气浓度过高的区域甲烷发生完全氧化，产生局部过热。另外，高温高压是天然气制合成气工业化过程的必须条件。本文经过热力学计算得出，在2MPa的压力下，要得到80％以上的CO收率，反应温度需大于1273K，并且将随着压力的增加而升高，而在近乎绝热的情况下，预热温度最好控制在773-923K。通过对几种进料方式的比较，采用双流道外混合型喷嘴使物料在反应器内快速混合是最佳的进料方式。经过较长时间的中试热模实验，采用喷嘴进料与不采用喷嘴相比，温度分布情况较好，甲烷转化率、合成气收率有所提高，积碳情况也有所改善。最后，采用CFD模拟软件对喷嘴及氧化区结构进行了优化，确定了喷嘴的各项参数指标以及氧化区结构参数。