一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法

技术领域

本发明属于热化学再生技术领域，具体涉及一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法。

背景技术

热化学再生技术是将全氧燃烧和蓄热器热回收相结合，通过将全氧燃烧玻璃窑炉烟气中的余热存储在蓄热室内，并使用该余热加热天然气与再循环烟道气的混合物以形成新的热合成气，从而显著降低玻璃窑炉熔化能耗。具有热化学再生技术的全氧燃烧玻璃窑炉与常规全氧燃烧玻璃窑炉相比，增加了蓄热器和重整器。其中，全氧燃烧玻璃窑炉燃烧燃料气体用于加热、熔化玻璃液，排出的窑炉烟气温度约1500℃，高温烟气(CO

b CH

c CH

当反应(1)甲烷和水重整反应温度大于890.82K(617.82℃)时，反应(1)可在无催化剂的条件下自发反应，生成一氧化碳(CO)和氢气(H

a CH

d CO+d H

e C+e H

f CO+2f H

g CO

h CO

2i CH

甲烷-再循环烟气热化学重整反应转化率及重整反应合成气中有效气(H2和CO)产率受甲烷-再循环烟气比例影响较大。当甲烷-再循环烟气比较大时，高温下，副反应如甲烷裂解(3)和水煤气反应(4)容易发生，从而导致燃料气体燃烧值的下降，起不到玻璃窑炉节能减排的作用。当甲烷-再循环烟气比较小时，重整反应合成气中有效气浓度过低，不利于玻璃熔窑加热熔化。合理的甲烷-再循环烟气比能够保证全氧燃烧玻璃窑炉甲烷-再循环烟气重整过程中反应主要为甲烷蒸汽重整(1)和甲烷干重整(2)，有效避免有害副反应(3-9)的发生。根据反应物与生成物的种类与比例，以及可能发生的反应(上述反应式1-9)可列出可能发生的反应方程式(上述反应式1-9)。分别假设各反应所需物质的量(mol)为a、b、c、d、e、f、g、h和i，甲烷总消耗量为1mol。根据反应各物质比例及碳、氢、氧原子平衡原则，可求得不同条件下甲烷烟气重整过程中各反应所需物质的量，既重整过程各反应占比。甲烷蒸汽重整反应(1)和甲烷干重整反应(2)占比的增加，有助于甲烷烟气热化学重整反应所得合成气中有效气(CO和H

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，以解决全氧燃烧玻璃窑炉热化学重整反应中，甲烷裂解和有害副反应过多导致重整合成气燃烧值降低、重整反应合成气中有效气(H

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入重整反应器中进行热化学重整反应，收集合成气，测定合成气中有效气CO和H

进一步地，所述甲烷-再循环烟气中甲烷与再循环烟气的体积流量比为2:1。

进一步地，所述重整反应器的温度为1000-1400℃。

进一步地，所述再循环烟气主要为CO

进一步地，所述重整反应停留时间为10-15s。

进一步地，所述重整反应器为耐高温刚玉管。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明提供了一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，其中，甲烷与再循环烟气的体积流量比为2:1。在该条件下，有益反应甲烷蒸汽重整(反应式1)和和甲烷干重整(反应式2)占比最大化，甲烷裂解和有害副反应减少，有利于重整合成气中有效气(H

2.全氧燃烧玻璃窑炉燃料气体甲烷和再循环烟气(主要为CO

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例1不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图2是本发明实施例2不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图3是本发明实施例3不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图4是本发明对比例1不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图5是本发明对比例1与实施例1不同温度下重整反应有效气浓度对比图；

图6是本发明对比例2不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图7是本发明对比例2与实施例2不同温度下重整反应有效气浓度对比图；

图8是本发明对比例3不同温度下重整反应甲烷、再循环烟气转化量及合成气中各组份生成量的折线图；

图9是本发明对比例3与实施例3不同温度下重整反应有效气浓度对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

其中，H

质量不变：m＝ρv (ρ为水密度v为水体积)

n＝m/18 (n为水摩尔数)

25℃下水的体积为：

H

水的质量：0.351ml×1g/ml＝0.351g

水的摩尔数：0.351g/18

0.351克标况下水转化为蒸气的体积：

25℃下水的体积为：

(317.66+476.778)×2＝1588.8，也即甲烷与再循环烟气(CO

结果如图1所示，有效气CO和H

实施例2

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

结果如图2所示，有效气CO和H

实施例3

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

结果如图3所示，有效气CO和H

对比例1

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

结果如图4所示，有效气CO和H

图5为对比例1与实施例1有效气浓度对比图，对比例1中重整合成气中有效气CO和H

对比例2

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

结果如图6所示，有效气CO和H

图7为对比例2与实施例2有效气浓度对比图，对比例2中重整合成气中有效气CO和H

对比例3

一种优化甲烷烟气比改善玻璃窑炉热化学重整反应性能的方法，包括如下步骤：

将甲烷-再循环烟气通入耐高温刚玉管中进行热化学重整反应，其中甲烷与再循环烟气(CO

结果如图8所示，有效气CO和H

图9为对比例3与实施例3有效气浓度对比图，对比例3中重整合成气中有效气CO和H

以甲烷消耗量为1mol，根据各物质之间的比例以及氢氧原子平衡求得各反应(1-9)所需物质的量，对实施例1-实施例3及对比例1-对比例3进行计算，计算结果如表1所示：

表1

根据表1计算所得的各反应之间比例列出不同条件下可能发生的反应方程式，在各反应温度下重整反应方程式见表2：

表2

由表1、表2及图5、7、9结果可知：甲烷-再循环烟气比显著影响着重整反应的进行。当甲烷-再循环烟气比较低时(如对比例1-对比例3所示)，在重整反应过程中，甲烷裂解反应占主导地位。当甲烷-再循环烟气比较高时(如实施例1-实施例3所示)，甲烷裂解反应占比下降，甲烷干重整和甲烷蒸汽重整在甲烷烟气重整反应中占主导地位。重整反应过程中甲烷裂解反应占比下降及甲烷干重整与甲烷蒸汽重整占比的增加，有助于重整合成气中有效气(H

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。