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生物质（秸秆）气合成甲醇工艺及动力学研究

作　者: 朱灵峰
导　师: 张百良；刘国际
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 秸秆甲醇合成铜基催化剂动力学模型等温积分反应器热力学
分类号: TQ223.1
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本研究是结合河南省科技厅科技攻关项目“低热值农业废弃物燃气催化合成甲醇技术研究”进行的。通过对“生物质合成甲醇技术研究进展”、“生物质（秸秆）热化学法制甲醇合成气试验”、“秸秆类生物质催化合成甲醇试验”、“秸秆合成气制甲醇工艺条件优化试验”、“秸秆合成气合成甲醇的动力学和热力学试验”等方面的系统研究，获得了一系列关于生物质（秸秆）气合成甲醇技术方面的相关数据和规律性认识，为我国秸秆类生物质合成甲醇技术领域的研究开发和应用进行了有益的探讨研究。主要研究成果如下： 1、查阅了国内外大量相关研究资料，对以下内容进行了系统详细的文献综合分析研究。①生物质气化技术研究概况；②生物质制甲醇技术工艺类型；③影响生物质制气技术的因素；④生物质制甲醇合成气的技术研究现状；⑤生物质合成甲醇催化剂的研究概况；⑥现有生物质气化催化制甲醇技术存在的问题。 2、研究了下吸式固定床气化炉生产的玉米秸秆低热值燃气的脱硫、除氧、分解焦油、净化、配氢等技术工艺，制备出合成甲醇的优质秸秆合成气。 3、以直流流动等温积分反应器为试验装置，使用国产C301铜基催化剂，在5MPa压力下对秸秆合成气催化合成甲醇技术进行试验研究，寻找影响CO转化率、CO₂转化率、甲醇时空收率的重要因素，通过试验数据处理，找出了它们之间的规律。 4、对秸秆合成气催化合成甲醇技术工艺进行试验研究，对影响催化合成工艺技术参数如压力、温度、催化剂、催化剂粒度、合成气进口流量、河南农业大学博十学位论文秸秆合成气组成等进行逐一优化试验。优选出秸秆合成气生产甲醇的最佳技术工艺方案。为生物质（秸秆）气制甲醇中试研究提供了科学和实用的参考依据。 5、对秸秆合成气催化合成甲醇动力学特性进行试验研究。建立了L一H型本征动力学模型，优选出动力学模型参数，并对模型进行统计检验和方差分析，结果表明动力学模型高度显著，该模型方程反映了秸秆合成气合成甲醇体系的动力学变化规律。 6、应用SHBwR状态方程，研究了加压下秸秆合成气甲醇合成体系的总反应热、平衡常数及平衡体系组成。为生物质（秸秆）气合成甲醇的中试设备设计制造提供基础参数。本文是以解决农业废弃物（玉米秸秆）高新转换技术难题为目的的研究论文，着力点放在基础研究上，因为国内利用秸秆作原料气合成甲醇方面的研究尚无报道，因此论文在试验方面只能借鉴以天然气、煤等为原料合成甲醇方面的研究成果，难免在方法上有不当之处，但研究取得的结果对秸秆合成气合成甲醇的技术中试和合成设备设计起到有效的指导作用。

全文目录

致谢  3-4
目录  4-8
中文摘要  8-10
第一章绪论  10-28
  1 生物质合成甲醇技术的国内外研究现状  11-22
    1.1 国外研究现状  12-20
    1.2 国内研究状况  20-22
  2 存在的问题  22-23
  3 研究课题的确定与总体研究思路  23-28
    3.1 研究的意义  23-26
    3.2 总体思路  26-28
第二章秸秆类生物质热化学法制甲醇合成气的试验研究  28-36
  1 秸秆类生物质热化学法制原料气  28-32
    1.1 秸秆类生物质特性  28-30
    1.2 秸秆原料气制备试验  30-32
      1.2.1 试验设备  30-31
      1.2.2 试验材料制备  31
      1.2.3 原料气制备  31-32
  2 秸秆类生物质制合成气试验  32-35
    2.1 生物质(秸秆)原料气纯化试验  32-34
      2.1.1 原料气脱硫  32-33
      2.1.2 原料气脱焦、除氧  33-34
    2.2 生物质秸秆合成气制备试验  34-35
      2.2.1 甲醇合成的理论碳氢比  34
      2.2.2 秸秆合成气配制试验  34-35
  3 本章小结  35-36
第三章秸秆类生物质催化合成甲醇试验研究  36-59
  1 甲醇合成方法与工艺流程  36-39
    1.1 甲醇的一般合成方法与催化剂  36-38
    1.2 甲醇合成工艺流程的确定  38-39
  2 试验部分  39-43
    2.1 主要试验设备  39-40
    2.2 催化剂的制备与还原  40-41
    2.3 试验流程与试验条件的确定  41-43
    2.4 试验数据的测试分析方法  43
  3 试验结果与分析  43-58
    3.1 物料衡算方法  43-46
      3.1.1 试验检测数据  43-44
      3.1.2 物料衡算公式  44-46
    3.2 物料衡算结果  46-51
    3.3 试验结果分析  51-58
      3.3.1 温度对试验结果的影响  56-57
      3.3.2 进口流量对试验结果的影响  57
      3.3.3 催化剂粒度对试验结果的影响  57
      3.3.4 经济效益预测  57-58
  4 本章小结  58-59
第四章秸秆合成气制备甲醇工艺条件试验研究  59-76
  1 试验设计  59
    1.1 试验设备与材料  59
    1.2 试验方法与条件  59
  2 试验部分  59-75
    2.1 正交试验  60-63
      2.1.1 试验条件  60
      2.1.2 因素水平表的制定  60
      2.1.3 试验数据的测试  60-61
      2.1.4 试验结果与分析  61-63
    2.2 温度优选试验  63-64
    2.3 压力优选试验  64-66
    2.4 秸秆合成气配比优选试验  66-68
    2.5 催化剂优选试验  68-72
    2.6 催化剂粒度优选试验  72-73
    2.7 进口合成气流量优选试验  73-75
  3 本章小结  75-76
第五章秸秆合成气合成甲醇的动力学试验研究  76-88
  1 试验部分  76-78
    1.1 试验材料制备  76-77
    1.2 合成试验设备及流程  77
    1.3 试验条件及方法  77-78
  2 试验结果与分析  78-86
    2.1 模型建立  78-82
    2.2 参数估值方法  82-83
    2.3 动力学方程的建立  83-86
      2.3.1 秸秆合成气合成甲醇的动力学方程  83-84
      2.3.2 甲醇合成动力学方程的统计检验  84-86
  3 本章小结  86-88
第六章秸秆类生物质合成甲醇的热力学性质研究  88-98
  1 试验部分  88-89
    1.1 试验主要仪器设备  88
    1.2 试验材料  88-89
    1.3 试验条件与方法  89
    1.4 试验结果  89
  2 秸秆合成气合成甲醇反应的反应热  89-94
    2.1 秸秆合成气反应体系的密度及参数  89-91
    2.2 秸秆合成气合成甲醇反应的反应热  91-94
      2.2.1 理想气体反应热的计算  91
      2.2.2 等温焓差的计算  91-92
      2.2.3 甲醇合成反应热的计算  92-94
  3 合成甲醇反应的平衡常数及平衡组成  94-97
    3.1 K_f的计算  94-95
    3.2 加压下平衡常数K_P与平衡浓度y_i的计算  95-97
  4 本章小结  97-98
第七章结论与建议  98-100
  1 主要结论  98-99
  2 建议  99-100
参考文献  100-107
英文摘要  107-109
博士期间主要科研工作和论文  109

生物质（秸秆）气合成甲醇工艺及动力学研究

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