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目前,世界范围内含有较高浓度H2S或CO2的酸性天然气藏在总天然气储量中有相当大的占比,我国高含碳含硫天然气也储量巨大,因此酸性天然气的综合处理利用是一个非常有意义课题,同时也是一个亟待解决的难题。 本文对涉及酸性天然气中主要成分H2S、CO2、CH4的一些反应体系进行了热力学平衡模拟,探究资源化处理天然气中酸性组分的可能途径。又对反应体系进行了系统实验研究,在空管中和催化剂上对高浓度的H2S、CO2、CH4相关反应体系进行了考察,重点研究了H2S的存在对CH4、CO2重整反应的影响,以及H2S、CH4重整制氢的新工艺。 对体系热力学分析表明:在H2S-CO2、CO2-CH4、H2S-CH4三个二元体系中,甲烷硫化氢重整反应体系热力学上较有利,在高温下具有较高的反应转化率,主要产物为氢气和二硫化碳;三元组分共存时,甲烷二氧化碳的重整反应热力学上处于绝对优势地位,硫化氢的转化很少,高温下其与甲烷的反应比与二氧化碳的反应更容易。 对三元体系的实验研究表明:空管中除了H2S-CO2体系各体系反应转化率都非常低;在对重整反应催化作用很小的MgO载体上,H2S的存在大大提高了CO2和CH4的反应转化率,主要产物为CO、H2、COS、S2、H2O等;在对重整反应催化活性很高的LaNiO3、NiO/MgO催化剂上,5%H2S的加入使得催化剂严重失活,进一步增加H2S浓度,反应转化率不减反增。600℃以下H2S与CO2的反应占主导,主要产物为COS;而600℃以上,CO2和CH4的反应逐渐占主导地位,主要产物为CO和H2。 对硫化氢甲烷重整制氢新工艺的探索表明:商业A12O3负载的Mo催化剂对H2S、CH4重整反应表现出较好的活性,反应主要产物为氢气和二硫化碳。H2S和CH4的转化率和产物的收率均随着温度的升高而增加,实验条件下反应原料气配比对H2S转化率有较大的影响,800℃时在H2S与CH4浓度分别为5%和10%时,H2S转化率最大超过66%。在实验条件下800℃时空速对反应转化率影响不太明显,在低于20000 h-1的条件下反应已达最大转化率,增大到40000 h-1转化率才有明显下降。