本课题针对甲烷二氧化碳重整反应中催化剂存在易失活或价格昂贵的问题,创新地提出采用半焦及改性半焦作为重整反应的催化剂。本论文中,以宏测、神木、晋城、宏兴、柳林和沁源半焦为催化剂,考察了不同半焦在甲烷二氧化碳重整制合成气中的催化作用,并对反应前后半焦表面性质进行了表征。为了进一步研究半焦的催化作用,用H202和氨水对宏测、神木和晋城半焦进行了改性,研究改性条件对重整反应的影响,并用XRD、SEM、FTIR、TG、BET和酸碱滴定等手段对改性半焦进行了表征分析。论文还采用fluent软件对反应器内部流场进行了模拟,主要结论如下。1.六种半焦在CH4-CO2重整反应中催化活性顺序为:宏测>神木>晋城>柳林>宏兴>沁源,半焦的煤阶和比表面积是影响催化性能的主要因素,官能团和碱性金属化合物的种类和含量对反应活性也有一定的影响。2.温度是影响反应的主要因素,升高温度有利于反应气的转化;随着气固接触时间的增加,甲烷和二氧化碳的转化率呈先增加后稳定的变化趋势;H2/CO比值随着进气比CH4/C02的增加而增加,反应温度和气固接触时间对H2/CO比值的影响不太明显。3.在不同半焦催化下,甲烷二氧化碳的转化表现出相同的变化规律,即初始阶段转化率较高,随着反应的进行,转化率逐渐降低并趋于平稳,对六种半焦长达480min的活性研究,催化剂仍保持稳定的催化性能。4.通过对反应前后半焦表面和内部结构变化进行考察,发现反应后半焦表面的官能团吸收峰减弱或消失,说明官能团参与了重整反应;比表面积都有所降低;从半焦的表面形貌来看,反应后的半焦表面都发生了变化,宏测半焦的表面堵塞的孔隙被打开,神木半焦表面出现许多的微孔,晋城半焦表面大的颗粒状附着物变小变圆滑。5.经高温高压H2O2改性后半焦对甲烷二氧化碳重整反应的催化效果明显要好于未改性半焦的催化效果,5%H2O2改性后的半焦催化效果最好。6.改性温度为200℃、250℃和300℃条件下,甲烷和二氧化碳的转化率随着改性温度的增加而增加,在改性压力为4-8Mpa范围内,呈现出先增加后降低的变化趋势。在改性时间分别为2h,3h和4h的条件下,反应气转化率随着改性时间的增加呈现逐渐增大的趋势,但是增加的幅度较小。7.通过对改性后半焦表面和内部结构变化进行了表征,发现一定浓度的H202改性能够提高半焦表面官能团含量;半焦表面的酸碱官能团都得到加强,其中碱性官能团含量增加的较多,使半焦的净碱量提高,对于CO2的吸附作用加强,改性后,半焦的比表面积增大。8.在改性浓度为2%、5%和8%时,甲烷二氧化碳的转化率随着氨水浓度的增加而提高,在本实验中8%氨水改性半焦的催化活性最好。9.在改性温度为200℃-300℃范围内,甲烷和二氧化碳的转化率随着改性温度的增加而增加。在改性压力为2-6Mpa范围内,反应气的转化率随压力增加而提高,但提高的幅度不大。在改性时间在2h-4h的条件下,随着改性时间的增加,反应气的转化率呈现出先增大然后趋于平缓的趋势。10.通过改性后半焦表面和内部结构变化进行了表征,发现改性提高半焦表面含氮官能团含量,半焦表面的酸性官能团降低,而碱性官能团含量增多,半焦的净碱量提高,对于CO2和CH4的吸附作用加强。改性后半焦比表面积有了明显增大。11.使用fluent流场模拟软件,对各种工况进行了模拟,分析了反应温度、气固接触时间以及进气比对甲烷转化率的影响,发现反应温度越高,气固接触时间越长,能促进重整反应。模拟数据是在理想状态下得到的与实验数据有一定的误差,但误差不大。