随着石油资源的日益匮乏,能源及与之相关的环境问题成为世界各国最为关注的热点。结合我国能源特征以及环保要求,由天然气、煤层气以及焦炉煤气等富甲烷气体制备合成气引起了国内学者和企业的广泛关注。基于以上背景,本研究课题即是从工艺角度出发,对甲烷在常压下的非催化部分氧化制合成气过程进行了研究和分析,从而为富甲烷气体非催化转化制合成气工业化提供参考。在甲烷非催化部分氧化制合成气的研究过程中,实验从纯甲烷常压非催化部分氧化制合成气着手,从改进喷嘴开始,系统考察了反应器温度、进气配比(O2:CH4)、原料气流量等实验条件对制合成气反应以及积炭的影响,并总结出纯甲烷非催化部分氧化制合成气反应机理和合适的实验操作条件;在此基础上,实验通过分析氢气对纯甲烷常压非催化部分氧化制合成气反应的影响,进一步考察了原料气流量、进气配比和水蒸气流量对实验室模拟焦炉气(CH4:26%、H2:58%、Ar:16%)与纯氧非催化部分氧化制合成气反应以及积炭的影响。通过实验可知,在实验室现有设备中进行的甲烷非催化部分氧化制合成气的反应过程既不是直接氧化机理,也不是燃烧重整机理,而是以部分氧化反应为主,重整反应为辅的反应机理;增加温度可促进重整反应的进行,对制备合成气有利,但温度太高对设备要求太高,增加了生产投资;加大原料气流量可增大气体混合程度,但是原料气流量太大则会减少在反应器中的停留时间,从而降低甲烷的转化率;增加氧气在原料气中所占的比例,可促进完全燃烧反应生成H2O和CO2,从而增加甲烷的转化率,降低积炭,但过多氧气的加入也会明显降低H2和CO的产率,对制备合成气不利;在甲烷非催化部分氧化制合成气过程中加入氢气,会因形成大量水而降低系统温度,对反应不利;焦炉气与天然气和煤层气相比富含氢气,但实验条件对反应的影响和纯甲烷相似,在实际中可以互相借鉴;水蒸气的加入可以减少积炭的生成,但也会降低体系温度,不利于反应的进行。