绪论案例煤化工制氢

《反应工程基础》课程

教学案例程易煤化工转化过程间接法煤制合成天然气

煤气化

甲烷化水气变换低温甲醇洗煤合成气甲醇二甲醚丙烯芳烃浆态床技术：王金福，王铁峰，汪展文固定床和流化床技术：王金福，王光润

流化床技术：魏飞，王垚（科技支撑，中化集团）

流化床技术：魏飞，骞伟中

碳酸二甲酯CO2乙炔甲烷程易（探索课题）

清华大学反应工程组煤化工相关项目

程易（863重点，新疆天业）煤乙炔氯乙烯聚氯乙烯氯化聚氯乙烯CPVC

热等离子体：程易，金涌（863重点）

多层流化床技术：魏飞，罗国华，骞伟中

低温等离子体流化床：程易（科技支撑）（科技支撑）乙炔化工：重新焕发生命力?天然气（王金福，王铁峰，王德峥）新型清洁煤基乙炔化工产业链（无汞触媒）煤化工的几个关键问题煤烃转换系数能量转化效率IGCC和多联产水和污水CO2煤烃转换系数（吨标煤转化为吨产品）F-T合成油煤液化MTP，MTO，MTG合成甲烷煤烃转换系数4.033.85.13.05热等离子体裂解煤制乙炔工业发展和基础科学问题程易，教授，博导清华大学化学工程系Email:合作单位：新疆天业集团公司，复旦大学产氢裂解气提氢系统5MW高压整流电源5MW等离子体反应器新疆天业电煤淬冷固体产物利用裂解气气固分离气体分离氢气循环一氧化碳、甲烷等乙烯外供氢气乙炔焦炭吸附剂水煤浆123465系统控制7氢等离子体发生器等离子体裂解反应器安全评价8等离子体法煤制乙炔技术流程总图-10-氢等离子体煤制乙炔反应特点毫秒级加热煤粉煤脱挥发分反应生成乙炔毫秒级急冷产品-11-等离子体煤裂解过程的基础科学问题高温C-H体系的热力学分析中试典型气相组成数据C2H28%CO7%H278.5%CH44%C2H42.5%～1600K符合急冷前反应器温度数据-12-等离子体煤裂解过程的基础科学问题密相气固两相流干粉煤喷嘴设计和CFD模拟原始设计新型扁平喷嘴不同入口结构设计的CFD模拟：颗粒浓度场和速度场先进的多相流CFD模型和模拟技术实现干粉煤喷嘴的设计和优化-13-等离子体煤裂解过程的基础科学问题耦合煤裂解物理和复杂化学反应过程的CFD模型和模拟脱挥发分颗粒加热挥发分气相反应

煤粉单颗粒历程残焦（表面反应）＋高温湍流反应流动模型（湍流与气相反应相互作用）高温C-H体系热力学平衡颗粒尺度气体和颗粒相互作用多相化学反应流动基础理论模型基础煤种的物理和化学性质温度场速度场煤脱挥发分过程乙炔分布CO分布煤粉运动轨迹、停留时间和温度-15-等离子体煤裂解制乙炔过程-小结煤制乙炔：高温毫秒级反应，超短接触反应器，体积小，高生产效率热等离子体：能量高度集中、利用率高产品气体：

乙炔：体积浓度8-10%

CO，CH4，C2H4：副产

氢气：体积浓度70-80%，循环使用，兼产氢过程裂解碳：

高热值：可发电，或继续用于煤气化

高附加值（碳纤维、纳米碳管、多孔碳材料等形式存在）极限条件操作的高温、毫秒级反应器，高度过程强化，多过程耦合，直接煤利用氢循环，剩余产物气中乙炔浓度高，分离费用低无CO2直接排放，无H2O资源依赖，联产H2煤气化制甲烷技术研究进展和分析TurningDirtyCoaltoCleanEnergy煤气化制甲烷【替代天然气技术】煤催化气化甲烷煤气化合成气水煤气变换－甲烷化甲烷或：加氢气化一步法两步法煤制甲烷：TurningDirtyCoaltoCleanEnergy煤制甲烷－化学反应分析煤气化反应【吸热】甲烷化反应【放热】煤催化气化制甲烷新奥集团中试基地

新奥集团中试基地新奥集团中试基地项目介绍太阳能和风能发电新奥研究院大楼新奥太阳能光伏发电太阳能光伏行业产业链电子级和太阳能级多晶硅生产方法第三代西门子法多晶硅工艺图煤地下气化中试平台煤催化气化中试平台合成气甲烷化固定床中试系统CO2资源化-微藻规模培养微藻制生物柴油煤基清洁能源CO2零排放煤（催化）气化煤地下气化合成气甲烷化低成本制氢微藻CO2资源化太阳能光伏天然气制氢技术燕山石化乙烯裂解炉天然气制氢技术蒸汽重整部分氧化典型的制氢过程不同的加热方案FluidizedBedMembraneReactorforHydrogenProductionProf.JohnRGrace:UniversityofBritishColumbia,Canada传统的蒸汽重整反应器新型微尺度蒸汽重整反应器效率提高反应器减小节能降耗便利微尺度（结构化）催化反应器固定床管式反应器传统的蒸汽重整制氢反应器秒级反应传热控制固定床径向温度梯度大，影响放大大规模制氢，成本高，起停慢，成熟的工业技术微尺度蒸汽重整反应器毫秒级反应传热、传质大幅度强化Ni催化剂Ni或Rh催化剂反应器放大：并联（数量）放大可适应不同