天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫新工藝與新技術(shù)研究

【摘要】： 天然氣作為碳源將在未來能源與基礎(chǔ)化學(xué)品的生產(chǎn)中扮演愈來愈重要的角色。目前,天然氣水蒸氣重整制氫工藝已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。該工藝比較成熟,但由于天然氣水蒸氣重整是強(qiáng)吸熱慢反應(yīng),受反應(yīng)本身的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件限制,使得該過程存在能耗高、裝置規(guī)模大、投資高等缺點(diǎn)。同水蒸氣重整法相比,天然氣部分氧化制備合成氣(POM)則因其為放熱快速反應(yīng)而具有能耗低、可大空速操作等特點(diǎn)。然而,正是由于甲烷部分氧化制合成氣是放熱并在大空速下操作,反應(yīng)主要集中在催化劑入口段進(jìn)行,從而使催化劑入口段床層熱量蓄積并出現(xiàn)熱點(diǎn)溫度,熱量向混合區(qū)輻射,使POM反應(yīng)存在以下問題:原料氣進(jìn)入催化劑床層前易發(fā)生氣相反應(yīng),降低體系操作的安全性;熱點(diǎn)的存在,使催化劑活性組分易流失或高溫?zé)Y(jié)而失活;反應(yīng)體系的熱量不合理散熱,造成能量上的浪費(fèi);熱點(diǎn)的存在,對(duì)反應(yīng)器的材質(zhì)提出了更高的要求。 針對(duì)以上問題,本論文進(jìn)行了反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、催化劑的篩選和反應(yīng)工藝條件的考察。在使用氧分布器反應(yīng)器中,進(jìn)行了催化劑的性能評(píng)價(jià)和溫度分布考察,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用氧分布器的反應(yīng)器可獲得更加合理的催化劑床層溫度分布。通過改變氧分布器的結(jié)構(gòu)、氧分配比、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)考察了氧分布器內(nèi)的氧分布狀態(tài)。催化劑的研究表明,8%Ni-2%La2O3-MgAl2O4催化劑具有最佳的催化性能,對(duì)天然氣-空氣-水蒸汽體系,在0.8MPa,830℃反應(yīng)條件下甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%。在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下考察了所選鎳基催化劑的催化穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1000小時(shí)的反應(yīng)期間,催化劑的活性基本保持恒定,催化劑無積炭生成。上述結(jié)果驗(yàn)證了采用氧分布器的天然氣制氫反應(yīng)的合理性和可行性,為進(jìn)一步放大試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 絕熱 制氫 氧分布器
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TQ116.25
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要6-9
• 引言9-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-22
• 1.1 POM 的研究意義10-12
• 1.2 POM 反應(yīng)的主要催化劑體系12-15
• 1.2.1 貴金屬催化劑（Rh、Ru、Pt、Pd、Ir）12-13
• 1.2.2 非貴金屬催化劑（Ni、Co）13-15
• 1.3 POM 反應(yīng)機(jī)理15-17
• 1.3.1 直接氧化機(jī)理15-16
• 1.3.2 燃燒-重整機(jī)理16-17
• 1.4 POM 反應(yīng)器17-18
• 1.4.1 固定床反應(yīng)器17
• 1.4.2 獨(dú)石反應(yīng)器17
• 1.4.3 膜反應(yīng)器17
• 1.4.4 流化床反應(yīng)器17-18
• 1.4.5 其他反應(yīng)器18
• 1.5 POM 反應(yīng)尚存在的主要問題18-21
• 1.5.1 活性組分Ni 的流失18-19
• 1.5.2 催化劑積炭19-20
• 1.5.3 催化劑床層的熱點(diǎn)（hot-spot）問題20
• 1.5.4 氧氣的供應(yīng)問題20-21
• 1.6 論文的主要研究?jī)?nèi)容及目的21-22
• 第二章 催化劑研究22-31
• 2.1 原料22
• 2.2 催化劑制備22-23
• 2.3 催化劑評(píng)價(jià)裝置及方法23-25
• 2.4 分析及表征方法25
• 2.5 數(shù)據(jù)處理25-26
• 2.6 載體及助劑研究26
• 2.7 鎳含量對(duì)催化性能的影響26-29
• 2.8 催化劑制備方法對(duì)催化性能的影響29-31
• 第三章 絕熱固定床反應(yīng)器研究31-37
• 3.1 反應(yīng)器類型對(duì)催化性能和床層溫度分布的影響31-32
• 3.2 氧分布器氧分布狀態(tài)對(duì)催化性能和床層溫度分布的影響32-34
• 3.3 反應(yīng)器內(nèi)徑對(duì)床層溫度分布和催化性能的影響34-37
• 第四章 絕熱固定床反應(yīng)器天然氣制氫反應(yīng)條件的考察37-45
• 4.1 溫度對(duì)床層溫度分布和催化性能的影響37-38
• 4.2 壓力對(duì)床層溫度分布和催化性能的影響38-39
• 4.3 空速對(duì)床層溫度分布和催化性能的影響39-41
• 4.4 H_2O/CH_4 比對(duì)床層溫度分布和催化性能的影響41-45
• 第五章 絕熱固定床反應(yīng)器催化劑穩(wěn)定性考察45-55
• 5.1 絕熱固定床反應(yīng)器中20g 催化劑裝量穩(wěn)定性考察45-46
• 5.2 絕熱固定床反應(yīng)器中500g 催化劑裝量穩(wěn)定性考察46-55
• 5.2.1 500g 催化劑裝量(大慶天然氣)評(píng)價(jià)試驗(yàn)48-51
• 5.2.2 500g 催化劑裝量天然氣絕熱轉(zhuǎn)化制氫1000h 穩(wěn)定性考察51-55
• 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 致謝62-63
• 詳細(xì)摘要63-66

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