甲烷蒸汽補(bǔ)碳轉(zhuǎn)化制甲醇合成氣催化劑的研究

【摘要】： 甲烷蒸汽補(bǔ)加二氧化碳催化轉(zhuǎn)化制合成甲醇合成氣的研究在國內(nèi)外都引起了高度重視，一方面它可以利用取之不盡、對大氣環(huán)境造成溫室效應(yīng)的CO_2，使之轉(zhuǎn)化為有用的碳源，達(dá)到調(diào)節(jié)合成氣中H_2／CO比例的目的；另一方面可以降低甲烷消耗，從而降低合成氣成本，使甲醇產(chǎn)品更具市場競爭力。 作者對目前國內(nèi)生產(chǎn)研制的三種較好的催化劑Z412W、Z413W和CN-16YQ進(jìn)行了評選，以正交試驗表L_(16)(4~5)安排試驗，考察溫度、空速、CO_2／烴碳、H_2O／烴碳四種因素對這三種催化劑，用于制合成甲醇的合成氣催化反應(yīng)的影響，找出最優(yōu)反應(yīng)條件和評選出這三種催化劑中活性、強(qiáng)度、抗析炭能力、抗毒性、水碳比等綜合因素最好的催化劑。經(jīng)在串珠反應(yīng)器中的多次重復(fù)試驗和在內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器中的佐證試驗結(jié)果，以及析炭量測試，結(jié)果表明，CN-16YQ析炭量最大，Z412W和Z413W兩種催化劑的析炭量都很小，綜合活性數(shù)據(jù)、析炭量數(shù)據(jù)和強(qiáng)度各因素表明，Z412W催化劑具有良好的催化活性，強(qiáng)度高，抗析炭能力強(qiáng)，水碳比低等特性，而且造出的合成氣H_2／CO的比例適合合成甲醇的合成氣，能滿足工業(yè)實際生產(chǎn)的需要。 另外，在磁力攪拌內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器中，采用正交表L_(25)(5~6)安排試驗，考察溫度、甲烷流量、CO_2／烴碳、H_2O／烴碳四種因素對Z412W催化劑反應(yīng)的影響，并且進(jìn)行在3.0MP_a下運行300h以上的壽命考核，并考察了該催化劑的最佳工藝操作參數(shù)。試驗結(jié)果表明，Z412W催化劑具有良好的催化活性，經(jīng)歷300h以上的壽命試驗后仍然無粉化現(xiàn)象，其強(qiáng)度好，活性衰減情況符合要求；同時排出的冷凝水未見變黑，其析炭量少。并且尋找出Z412W催化劑的最佳工藝操作參數(shù)為，溫度800℃，H_2O／C=3.2，CO_2／C=0.3，在該條件下，Z412W具有良好的活 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 性，同時能夠滿足工業(yè)長期生產(chǎn)的需要。 在磁力攪拌內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器中，采用正交表LZ。(5‘)安排試驗，壓力 3.OMP。下，以溫度、甲烷流量、COZ/烴碳、H20/烴碳四種因素為影響因素，考察 2412W催化劑反應(yīng)的宏觀動力學(xué)情況，得到了在溫度650~850℃范圍內(nèi)的宏觀 動力學(xué)方程式，由甲烷轉(zhuǎn)化速率方程可以看出，對甲烷轉(zhuǎn)化速率影響很大的是 甲烷和水蒸氣的量，適當(dāng)增大水碳比有助于提高甲烷的轉(zhuǎn)化速率;C0和HZ的濃 度對該反應(yīng)速率影響較小，但從節(jié)約能耗方面考慮，水蒸汽的量不宜過大，而 且當(dāng)水蒸氣的量達(dá)到一定量之后，不會再促進(jìn)反應(yīng)速率的提高;由二氧化碳轉(zhuǎn) 化速率方程可以看出，二氧化碳濃度對提高二氧化碳轉(zhuǎn)化速率起到?jīng)Q定性作用， 但二氧化碳的量太大，很容易造成析炭，綜合考慮析炭因素，在不析炭范圍內(nèi) 應(yīng)用該催化劑可以適當(dāng)增加二氧化碳的量。 【關(guān)鍵詞】：合成氣 催化劑 評選 宏觀動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號】：TE665.3
【目錄】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 前言8-9
• 2 合成甲醇合成氣的制備9-14
• 2.1 以甲烷為原料制造合成氣9-14
• 2.1.1 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法10
• 2.1.2 甲烷水蒸氣催化轉(zhuǎn)化的主要工藝10-11
• 2.1.3 甲烷水蒸氣補(bǔ)碳制甲醇合成氣研究現(xiàn)狀11-12
• 2.1.4 本研究的目的12-14
• 3 Z型催化劑的試驗測試14-40
• 3.1 實驗所用的原料及儀器14
• 3.2 測試裝置及流程14-15
• 3.3 催化劑評選試驗方法15-31
• 3.3.1 評選試驗16
• 3.3.2 催化劑評選初選測試16-18
• 3.3.3 催化劑細(xì)選試驗18-31
• 3.3.3.1 Z412W催化劑19-21
• 3.3.3.2 Z413W催化劑21-24
• 3.3.3.3 CN-16YQ催化劑24-27
• 3.3.3.4 對比三種催化劑27-30
• 3.3.3.5 補(bǔ)碳操作后催化劑上析炭測試30-31
• 3.4 內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)測試評選結(jié)果31-35
• 3.5 Z412W催化劑壽命試驗35-40
• 4 宏觀動力學(xué)模擬40-44
• 4.1 反應(yīng)宏觀動力學(xué)的研究40
• 4.1.1 宏觀動力學(xué)測試流程40
• 4.1.2 宏觀動力學(xué)測試的試驗設(shè)計40
• 4.2 測試數(shù)據(jù)及處理40-44
• 4.2.1 數(shù)據(jù)處理方法40-41
• 4.2.2 宏觀動力學(xué)方程式的建立41-44
• 5 結(jié)論44-45
• 參考文獻(xiàn)45-48
• 發(fā)表論文48-49
• 聲明49-50
• 致謝50-51
• 附錄51-68

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