石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

蓋希坤，田原宇，趙春利，楊瑞芹

(1.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023； 2.中國石油大學(xué)(華東)；3.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

蓋希坤1，田原宇2，趙春利3，楊瑞芹1

(1.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023； 2.中國石油大學(xué)(華東)；3.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

在固定床氣化反應(yīng)器中，考察了石油焦粒徑、水蒸氣流量、溫度、壓力和氧氣量對(duì)石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)石油焦粒徑小于380 μm、水蒸氣流量高于0.85 gmin時(shí)，基本消除了內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)的影響；在消除內(nèi)外擴(kuò)散影響的前提下，隨著反應(yīng)溫度和壓力的升高，石油焦氣化反應(yīng)速率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中溫度對(duì)石油焦氣化反應(yīng)速率的影響更大，氣化產(chǎn)物中H2含量逐漸降低，CO含量逐漸增加。反應(yīng)系統(tǒng)中氧氣的加入，不僅與石油焦發(fā)生燃燒反應(yīng)放出熱量，還與生成的H2和CO發(fā)生反應(yīng)。因此，必須合理優(yōu)化反應(yīng)條件和開發(fā)配套反應(yīng)設(shè)備，以保證氣化反應(yīng)快速高效地進(jìn)行。

石油焦 水蒸氣 氣化

石油焦是石油煉制過程中的副產(chǎn)物，屬于碳?xì)浠衔?，碳含?0%～98%，氫含量2%～8%，還含有少量氮、硫、金屬等雜質(zhì)，低位發(fā)熱量為煤的1.5～2.0倍[1]，是一種優(yōu)質(zhì)燃料。目前，國內(nèi)石油焦產(chǎn)量逐年增加，石油焦市場(chǎng)總體表現(xiàn)為供大于求[2]。開發(fā)石油焦氣化技術(shù)，可以獲得用途廣泛的合成氣原料，同時(shí)還可以降低環(huán)境污染物的排放，對(duì)我國的能源發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。因此，有關(guān)石油焦氣化反應(yīng)特性的研究逐漸引起重視，主要集中于石油焦與CO2和水蒸氣氣化反應(yīng)[3-9]，研究結(jié)果表明[10-11]，石油焦與水蒸氣的氣化反應(yīng)速率要明顯高于CO2的氣化速率。前期報(bào)道的研究工作只考察了單氣化劑與石油焦的氣化反應(yīng)規(guī)律，雖然得到了很多寶貴數(shù)據(jù)，但是缺乏實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)。為了解決石油焦氣化過程吸熱的問題，反應(yīng)需要在通入氧氣的狀況下進(jìn)行，通過氧氣的燃燒反應(yīng)供給氣化反應(yīng)所需的熱量，因而研究石油焦與氧氣和水蒸氣混合氣體發(fā)生氣化反應(yīng)具有重要的意義。本課題主要研究不同反應(yīng)條件對(duì)石油焦氣化反應(yīng)速率和合成氣組成的影響，并對(duì)石油焦與氧氣和水蒸氣的共氣化反應(yīng)進(jìn)行研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

石油焦來自于中國石化青島煉油化工有限公司，主要性質(zhì)見表1。

表1 石油焦的主要性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

實(shí)驗(yàn)在固定床微型反應(yīng)裝置上進(jìn)行，反應(yīng)流程示意如圖1所示。實(shí)驗(yàn)過程中，先將石油焦裝入反應(yīng)器中，然后通入N2排凈反應(yīng)系統(tǒng)中的空氣，并檢驗(yàn)系統(tǒng)的氣密性。確定氣密性良好后，升高反應(yīng)器溫度至所需溫度，然后依次打開柱塞計(jì)量泵和控制O2流量的質(zhì)量流量計(jì)，調(diào)整水蒸氣流量和O2流量進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的合成氣進(jìn)入冷凝器，將其中的水蒸氣冷凝后排空，另有部分氣體通入氣相色譜儀在線分析。

圖1 石油焦氣化反應(yīng)流程示意1—?dú)怏w過濾器； 2—截止閥； 3—壓力調(diào)節(jié)器； 4—柱塞計(jì)量泵；5—調(diào)節(jié)閥； 6—質(zhì)量流量控制器； 7—止逆閥； 8—預(yù)熱爐； 9—加熱爐； 10—取樣閥； 11—?dú)庀嗌V儀；12—冷凝器； 13—背壓閥

2 結(jié)果與討論

2.1 石油焦粒徑對(duì)氣化反應(yīng)的影響

由于石油焦的多孔性，由顆粒內(nèi)部孔道壁面構(gòu)成的內(nèi)表面積比顆粒外表面積大得多，在石油焦氣化反應(yīng)中，絕大多數(shù)反應(yīng)物分子要沿著孔道向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，即內(nèi)擴(kuò)散。石油焦粒徑的大小是影響內(nèi)擴(kuò)散的主要因素。在反應(yīng)溫度為1 000 ℃、反應(yīng)壓力為0.1 MPa、水蒸氣流量為0.85 gmin、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，石油焦粒徑對(duì)氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響見表2。由表2可見，隨著石油焦粒徑的減小，石油焦轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，在石油焦粒徑小于380 μm(40目)時(shí)，石油焦轉(zhuǎn)化率維持在45%左右。

表2 石油焦粒徑對(duì)氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響

石油焦與水蒸氣的氣化反應(yīng)包括以下反應(yīng)過程：①水蒸氣擴(kuò)散到石油焦表面；②水蒸氣從石油焦外表面向微孔內(nèi)擴(kuò)散；③水蒸氣在石油焦表面被吸附；④吸附的水蒸氣轉(zhuǎn)化成CO和H2等生成物；⑤水蒸氣和生成物從石油焦表面脫附；⑥生成物分子從微孔內(nèi)向外擴(kuò)散到石油焦外表面；⑦生成物分子離開石油焦表面。在石油焦氣化過程中，當(dāng)石油焦粒徑較小時(shí)，氣化過程主要由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率控制；而當(dāng)粒徑較大時(shí)，氣化過程中還同時(shí)受傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象控制。因?yàn)榇箢w粒物料比小顆粒物料傳熱、傳質(zhì)能力差，顆粒比表面積較小，水蒸氣擴(kuò)散到物料內(nèi)部的能力較慢，從而對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率造成影響。石油焦粒徑大于380 μm時(shí)，石油焦轉(zhuǎn)化率隨粒徑的減小而增大，說明內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響明顯；當(dāng)石油焦顆粒粒徑小于380 μm時(shí)，石油焦轉(zhuǎn)化率基本上不再變化，此時(shí)已基本消除了內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響。

2.2 水蒸氣流量對(duì)氣化反應(yīng)的影響

石油焦與水蒸氣的氣化反應(yīng)中，低水蒸氣流速存在顯著的外擴(kuò)散阻礙作用，增大水蒸氣流速將使石油焦顆粒外邊界層濃度減薄，從而減小外部傳質(zhì)阻力。在石油焦粒徑小于250 μm、反應(yīng)溫度為1 000 ℃、反應(yīng)壓力為0.1 MPa、反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下，水蒸氣流量對(duì)石油焦氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響見圖2。由圖2可見，隨著水蒸氣流量的增加，石油焦的轉(zhuǎn)化率基本不變。

圖2 水蒸氣流量對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響

理論上，石油焦轉(zhuǎn)化率應(yīng)該隨著水蒸氣流量的增加呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)。這是因?yàn)槭徒古c水蒸氣的反應(yīng)要經(jīng)歷水蒸氣從氣相擴(kuò)散到石油焦表面，再通過石油焦孔道進(jìn)入小孔的內(nèi)表面的過程。如果水蒸氣流量小，水蒸氣在石油焦表面流速比較低，石油焦在反應(yīng)界面與氣化劑無法達(dá)到充分接觸，從而影響反應(yīng)的順利進(jìn)行。隨著水蒸氣流量的增加，氣化劑的外擴(kuò)散對(duì)氣化反應(yīng)的影響逐漸被消除，石油焦的轉(zhuǎn)化率逐漸增大。當(dāng)水蒸氣流量達(dá)到一定值時(shí)，外擴(kuò)散對(duì)氣化反應(yīng)的影響基本被消除，石油焦顆粒反應(yīng)表面完全暴露于氣化劑氛圍中，即使再增加水蒸氣流量，石油焦的轉(zhuǎn)化率也變化不大。圖2中隨著水蒸氣流量的增大石油焦轉(zhuǎn)化率基本穩(wěn)定的原因是最小流量(0.85 gmin)時(shí)已經(jīng)消除了外擴(kuò)散的影響。

2.3 溫度對(duì)氣化反應(yīng)的影響

2.3.1 溫度對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響 在石油焦用量為10 g、石油焦粒徑小于250 μm、水蒸氣流量為1.79 gmin、反應(yīng)壓力為0.1 MPa、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，氣化反應(yīng)溫度對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響見圖3。由圖3可見，隨著氣化反應(yīng)溫度的升高，石油焦轉(zhuǎn)化率明顯增大，但轉(zhuǎn)化率的升高不是呈線性變化。

圖3 溫度對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響

石油焦與水蒸氣的氣化反應(yīng)是典型的非均相吸熱反應(yīng)，升高溫度時(shí)反應(yīng)速度常數(shù)增大，進(jìn)而使反應(yīng)速率增加。溫度對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響是多方面的：一方面，溫度越高，石油焦表面能夠產(chǎn)生更多能量大于氣化反應(yīng)所需活化能的碳分子，這些碳分子將和氣相中的其它生成物發(fā)生激烈的碰撞，從而加大氣化反應(yīng)的速率；另一方面，反應(yīng)溫度升高有利于石油焦內(nèi)的水分和揮發(fā)分的析出，可能導(dǎo)致石油焦破碎而增加其表面積，而且在石油焦氣化過程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行部分小孔逐漸增大，石油焦表面積逐漸增大，表面積的增加有利于提高石油焦的轉(zhuǎn)化率。總之，在相同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)溫度越高，石油焦轉(zhuǎn)化率越高。

2.3.2 溫度對(duì)合成氣組成的影響 在石油焦用量為10 g、石油焦粒徑小于150 μm、水蒸氣流量為1.79 gmin、反應(yīng)壓力為0.1 MPa、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，氣化反應(yīng)溫度對(duì)合成氣組成的影響見圖4。由圖4可見：隨著氣化反應(yīng)溫度的升高，CO體積分?jǐn)?shù)逐漸升高，H2，CO2，CH4體積分?jǐn)?shù)逐漸降低；800 ℃時(shí)，CO，CH4，H2，CO2體積分?jǐn)?shù)分別為16.18%，0.88%，60.27%，22.70%；1 050 ℃時(shí)，CO體積分?jǐn)?shù)升高到29.61%，CH4，H2，CO2體積分?jǐn)?shù)分別降低到0.61%，53.98%，16.10%。

圖4 溫度對(duì)合成氣組成的影響

在石油焦氣化反應(yīng)系統(tǒng)中，水煤氣反應(yīng)(C+H2O=CO+H2)為氣化過程中制氫的主要反應(yīng)，且為吸熱反應(yīng)，溫度大于800 ℃時(shí)，反應(yīng)的自由能小于0，說明該反應(yīng)在較高溫度下才能自發(fā)發(fā)生。另外，在較高溫度下反應(yīng)平衡常數(shù)較大，且隨著溫度的增加上升速率快，說明高溫有利于反應(yīng)的發(fā)生。因此，提高反應(yīng)溫度有利于H2和CO的生成。但是，H2體積分?jǐn)?shù)卻從800 ℃時(shí)的60.27%降低到1 050 ℃時(shí)的53.98%，這是因?yàn)槭徒箽饣^程中能夠產(chǎn)生大量CO2，CO2與石油焦的還原反應(yīng)(C+CO2=2CO)為吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于該反應(yīng)的進(jìn)行，因此，溫度升高，CO2體積分?jǐn)?shù)開始降低，CO體積分?jǐn)?shù)提高。在同等反應(yīng)條件下，上述兩個(gè)反應(yīng)可產(chǎn)生3份CO，而只能產(chǎn)生1份H2，表明在水蒸氣和CO2共存的條件下，提高氣化溫度，更有利于石油焦轉(zhuǎn)化為CO，故隨著氣化溫度的升高，CO的增幅高于H2，從而導(dǎo)致H2體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)降低。CO變換反應(yīng)(CO+H2O=H2+CO2)為放熱反應(yīng)，溫度越高，越不利于該反應(yīng)進(jìn)行，CO變換反應(yīng)的自由能和平衡常數(shù)與水煤氣反應(yīng)變化趨勢(shì)相反，溫度低于1 100 ℃時(shí)自由能小于0，表明該反應(yīng)在較低溫度下才能發(fā)生；溫度高于1 100 ℃時(shí)反應(yīng)幾乎不能自發(fā)發(fā)生，故就該反應(yīng)而言，溫度越高越不利于H2的生成，而CO變化趨勢(shì)卻正好相反。綜合以上分析可知：升高溫度更有利于CO的生成，H2體積分?jǐn)?shù)下降是由于CO體積分?jǐn)?shù)急劇上升而引起其體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)降低。另外，由于甲烷化反應(yīng)(C+2H2=CH4)為放熱反應(yīng)，而蒸汽重整反應(yīng)(CH4+H2O=CO+H2)為吸熱反應(yīng)，溫度升高使甲烷化反應(yīng)變?nèi)?，使蒸汽重整反?yīng)增強(qiáng)，同時(shí)，當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí)，甲烷將向分解的方向進(jìn)行，故CH4的體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低。因此，溫度升高導(dǎo)致石油焦氣化反應(yīng)速率加快，且由于主氣化反應(yīng)大都為吸熱反應(yīng)，故溫度升高對(duì)氣化過程是有利的。

2.4 壓力對(duì)氣化反應(yīng)的影響

2.4.1 壓力對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響 在石油焦用量為10 g、石油焦粒徑小于250 μm、水蒸氣流量為1.79 gmin、反應(yīng)溫度為1 000 ℃、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，氣化反應(yīng)壓力對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響見圖5。由圖5可見，隨著氣化反應(yīng)壓力的提高，石油焦轉(zhuǎn)化率逐漸增加。反應(yīng)系統(tǒng)在加壓后，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，因此單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的有效碰撞次數(shù)增加，反應(yīng)速率增大，同時(shí)，壓力增大改善了氣、固相之間的有效接觸，系統(tǒng)內(nèi)的傳熱狀態(tài)得到改善，同時(shí)也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)氣化劑與石油焦表面孔隙的接觸時(shí)間，從而促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。

圖5 壓力對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響

2.4.2 壓力對(duì)合成氣組成的影響 在石油焦用量為10 g、石油焦粒徑小于250 μm、水蒸氣流量為1.79 gmin、反應(yīng)溫度為1 000 ℃、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，氣化反應(yīng)壓力對(duì)合成氣組成的影響見圖6。由圖6可見，隨著反應(yīng)壓力的增大，H2和CO2的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，CO和CH4的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。

圖6 壓力對(duì)合成氣組成的影響

從熱力學(xué)平衡進(jìn)行分析，增加壓力不利于體積增大的氣化反應(yīng)的進(jìn)行。在加壓氣化過程中，生成H2和CO的反應(yīng)都是體積增大的反應(yīng)，H2和CO的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)隨壓力的增大而減小，而實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)CO體積分?jǐn)?shù)是上升的，可能是因?yàn)閷?shí)際反應(yīng)并不是在平衡狀態(tài)下進(jìn)行的，另外，加壓對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)傳熱、傳質(zhì)的影響同樣影響到反應(yīng)的進(jìn)行。CO2和CH4的含量是明顯增加的，這主要是因?yàn)樯蒀O2和CH4的反應(yīng)大多是體積變小的反應(yīng)，在壓力大于0.5 MPa后，生成甲烷的反應(yīng)很容易發(fā)生。

2.5 氧氣量對(duì)氣化反應(yīng)的影響

2.5.1 氧氣量對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響 在反應(yīng)壓力為0.1 MPa、初始反應(yīng)溫度為800 ℃、水蒸氣流量為1.79 g/min的條件下，改變通入的氧氣量，考察其對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果見圖7。由圖7可見，隨著氧氣量的增加，石油焦轉(zhuǎn)化率呈單調(diào)遞增的趨勢(shì)，氧氣量由25 mL/min增加到125 mL/min時(shí)，石油焦轉(zhuǎn)化率由12.94%增加為22.57%，增加了74.4%。石油焦與氧氣的燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著氧氣量的增大，反應(yīng)區(qū)的溫度升高，高溫有利于氣化反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，使得氣化反應(yīng)速率明顯加快，因而石油焦轉(zhuǎn)化率增加。

圖7 氧氣量對(duì)石油焦轉(zhuǎn)化率的影響

2.5.2 氧氣量對(duì)合成氣組成的影響 在反應(yīng)壓力為0.1 MPa、初始反應(yīng)溫度為800 ℃、水蒸氣流量為1.79 g/min的條件下，考察不同氧氣量對(duì)合成氣組成的影響，結(jié)果見圖8。由圖8可見：隨著氧氣量的增大，H2體積分?jǐn)?shù)先減小后增大，而CO2體積分?jǐn)?shù)則先增大后減??；當(dāng)氧氣量從25 mL/min增加到125 mL/min時(shí)，H2體積分?jǐn)?shù)由57.99%下降到12.45%后又增大到20.32%，CO2體積分?jǐn)?shù)從19.08%快速增大到66.68%后開始下降；CO體積分?jǐn)?shù)在氧氣量為50 mL/min時(shí)達(dá)到最低值，為18.10%，繼續(xù)增大氧氣量，CO體積分?jǐn)?shù)略有增大。

圖8 氧氣量對(duì)合成氣組成的影響

不通入氧氣而只通水蒸氣時(shí)，水煤氣反應(yīng)和CO變換反應(yīng)是主要的氣化反應(yīng)，通入氧氣后，發(fā)生以下反應(yīng)：C+1/2O2=CO，C+O2=CO2，H2+1/2O2=H2O等。

石油焦與水蒸氣、氧氣反應(yīng)的速率差別很大，通入氧氣后，反應(yīng)器內(nèi)會(huì)發(fā)生劇烈的燃燒放熱反應(yīng)，同時(shí)，氣體產(chǎn)物中的H2會(huì)與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致H2體積分?jǐn)?shù)降低。隨著燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)器溫度迅速升高，直到石油焦燃燒放出的熱量與石油焦與水蒸氣氣化反應(yīng)吸收的熱量達(dá)到平衡。氧氣量越大，平衡溫度越高。由于CO2與石油焦的還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于該反應(yīng)的進(jìn)行，所以隨著氧氣量的增大，CO2含量減小，CO含量增加。甲烷在高溫條件下會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，導(dǎo)致甲烷含量的降低。通入氧氣后，由于石油焦的燃燒反應(yīng)會(huì)使反應(yīng)區(qū)的溫度迅速升高，從而促進(jìn)氣化反應(yīng)的進(jìn)行；通入氧氣量過多時(shí)，會(huì)造成大量的H2、CO等可燃?xì)怏w被消耗，因此，氣化過程中要控制好通入的氧氣量才能保證合成氣的質(zhì)量。

3 結(jié) 論

(1) 通過對(duì)石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石油焦粒徑小于380 μm、水蒸氣流量高于0.85 gmin時(shí)，基本消除了內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)的影響。

(2) 在消除了內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)影響的前提下，考察了反應(yīng)溫度和壓力對(duì)石油焦氣化反應(yīng)規(guī)律的

影響，結(jié)果表明：石油焦初始反應(yīng)溫度為800 ℃時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的升高，石油焦氣化反應(yīng)速率快速增加，氣化產(chǎn)物中CO體積分?jǐn)?shù)逐漸升高，H2，CO2，CH4體積分?jǐn)?shù)逐漸降低；壓力的改變同樣對(duì)氣化反應(yīng)具有重要影響，壓力增大，反應(yīng)速率加快，H2和CO2的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，CO和CH4的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。

(3) 為了解決石油焦氣化過程中吸熱的問題，研究了石油焦與水蒸氣和氧氣的共氣化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)氧氣的通入不僅與石油焦發(fā)生燃燒反應(yīng)放出熱量，還與生成的氫氣和一氧化碳發(fā)生反應(yīng)，影響合成氣組成。因此，要實(shí)現(xiàn)石油焦氣化反應(yīng)快速高效地進(jìn)行，必須合理設(shè)計(jì)反應(yīng)條件并積極研發(fā)配套的反應(yīng)設(shè)備。

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EXPERIMENTAL STUDY ON STEAM GASIFICATION OF PETROLEUM COKE

Gai Xikun1， Tian Yuanyu2， Zhao Chunli3， Yang Ruiqin1

(1.ZhejiangProvincialKeyLab.forChem. &Bio.ProcessingTechnologyofFarmProducts，SchoolofBiologicalandChemicalEngineering，ZhejiangUniversityofScience&Technology，Hangzhou310023； 2.ChinaUniversityofPetroleum； 3.StateKeyLaboratoryofCoalConversion，InstituteofCoalChemistry，ChineseAcademyofSciences)

In order to investigate the steam gasification characteristics of petroleum coke， the effect of coke particle size， water vapor flow rate， temperature， pressure and oxygen content on the steam gasification of coke was studied in a fixed bed gasification reactor. The results show that， when the petroleum coke particle size is smaller than 380 μm and more than 96 μm， and the steam flow rate is in a range of 0.85—4.60 gmin， the effect of internal and external diffusion on the steam gasification of petroleum coke reaction are essentially eliminated. On the premise of elimination of the influence of internal and external diffusion， the gasification reaction rate of petroleum coke presents the increased trend with the reaction temperature and pressure increasing. The influence of temperature on petroleum coke gasification rate is much larger. It is displayed that the content of H2is decreased while the content of CO is increased. When oxygen is added to the reaction system， petroleum coke not only gives off heat with petroleum coke burning but also reacts with generated hydrogen and carbon monoxide， which has a huge influence on he reaction conditions and product distribution. Therefore， to ensure the gasification reaction quickly and efficiently， optimizing reaction conditions and developing supporting equipment are highly desirable.

petroleum coke； steam； gasification

2014-02-08； 修改稿收到日期： 2014-05-08。

蓋希坤，博士，講師，主要從事重油加工工藝與設(shè)備一體化研究工作。

田原宇，E-mail：tianyy1008@126.com。