醇铵法合成氯甲烷中试实验研究

【摘要】：联碱法生产纯碱会副产大量的氯化铵，2009年我国的氯化铵产量已经达到了820万吨。氯化铵主要作为化肥使用，但由于氯化铵中氯元素含量较高，因而过多施用会对农作物和土壤造成危害，从而限制了氯化铵在农业方面的应用，造成大量氯化铵过剩。将氯化铵转化为其他的工业品是其出路之一，但对于氯化铵转化的相关研究不多，更未见工业化报道。 课题组对以氯化铵和甲醇为原料制备氯甲烷的方法进行了系列研究，通过小试实验研究出合适的催化剂，并进行了初步的中试研究。本论文在课题组前期中试实验研究的基础上，进一步完善中试实验装置，开展中试实验研究，为此方法工业化奠定基础。 本论文首先对氯化铵分解反应进行了研究，通过比表面积测定和显微镜观察判断氯化铵分解过程颗粒变化，结果表明氯化铵分解过程为收缩未反应芯过程，反应过程中氯化铵晶体均匀减小，无多孔现象出现。采用热重分析方法对氯化铵分解过程进行了动力学研究，结果表明氯化铵分解反应机理为一维相边界反应，并确定了动力学方程为α=kt。 根据小试实验中催化剂的制备方法，确定中试催化剂的制备方法为等体积浸渍法，设计制作了浸渍中试设备。在前期中试实验研究基础上对关键中试实验装置进行了优化，并完善了分析方法。在中试实验装置上开展了热态实验研究，探索了不同工艺条件对反应的影响，确定了了中试实验最佳反应条件：温度在310~350℃之间，反应物进料甲醇：氯化铵在1.1~1.3:1，空速10min-1，氯甲烷对甲醇的收率最高，达到77.1%，比小试实验高出5.7%。用进出口碳平衡对反应进行一致性检验，结果表明，中试反应的碳平衡高于93%，基本满足工业需要。研究了催化剂失活的原因，结果表明主要由催化剂积碳和中毒造成的。 【关键词】：纯碱 氯化铵 氯甲烷 流化床反应器 催化剂 收率
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ222.214
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 氯化铵转化技术概述10-14
• 1.2.1 与硫酸或硫酸氢盐反应制备氯化氢和氨气11-12
• 1.2.2 与氧化物反应制备氯化氢和氨气12-13
• 1.2.3 与有机物反应制备氯化物和氨气13-14
• 1.3 甲醇氯化铵法制备氯甲烷研究进展14-16
• 1.4 课题组研究前期基础及不足之处16-17
• 1.5 本论文主要研究内容17-18
• 第2章 氯化铵热分解过程的机理判别和动力学研究18-29
• 2.1 甲醇氯化铵法制备氯甲烷的化学反应体系18-19
• 2.2 氯化铵的性质及结构判定19-20
• 2.3 氯化铵的分解特性研究20
• 2.4 氯化铵分解反应的动力学研究20-26
• 2.4.1 热分析动力学方法的选择20-21
• 2.4.2 实验部分21-22
• 2.4.3 氯化铵分解反应机理的推断22-25
• 2.4.4 动力学方程的确立和参数计算25-26
• 2.5 氯化铵分解时间与反应器内存储量的计算26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 中试催化剂制备和失活研究29-41
• 3.1 催化剂制备装置的设计和搭建29-32
• 3.1.1 催化剂制备方法29
• 3.1.2 催化剂制备装置的设计和搭建29-30
• 3.1.3 中试催化剂的制备和表征30-32
• 3.2 催化剂失活与再生研究32-40
• 3.2.1 催化剂积碳失活研究32-35
• 3.2.2 催化剂中毒失活研究35-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 中试实验流程设计和关键设备优化41-57
• 4.1 工艺流程的设计41-45
• 4.1.1 反应热力学分析41-42
• 4.1.2 反应过程分析42
• 4.1.3 反应产物分离42-44
• 4.1.4 原则工艺流程44-45
• 4.2 中试实验设备的设计和搭建45-46
• 4.2.1 流化床反应器的设计45-46
• 4.2.2 流化床反应器的计算46
• 4.2.3 流化床反应器的搭建46
• 4.3 中试装置的结构优化与完善46-51
• 4.3.1 氯化铵固体进料部位易堵的问题48-49
• 4.3.2 反应器内料层升高的问题49-50
• 4.3.3 加热功率不足50
• 4.3.4 反应器材质腐蚀严重的问题50-51
• 4.4 分析方法的建立51-55
• 4.4.1 取样方法的建立51-53
• 4.4.2 气体组分的定性分析53-54
• 4.4.3 气相产物定量分析方法54-55
• 4.4.4 液相产物定量分析方法55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 热态中试实验研究57-69
• 5.1 热态中试实验57-59
• 5.1.1 热态中试实验的设备及原料57-58
• 5.1.2 热态中试反应流程58-59
• 5.1.3 中试产物取样与分析59
• 5.2 结果与讨论59-66
• 5.2.1 温度对反应的影响59-61
• 5.2.2 进料比对反应的影响61-63
• 5.2.3 空速对反应的影响63-64
• 5.2.4 不同添加物对反应的影响64-66
• 5.3 实验一致性检验66-68
• 5.3.1 一致性检验的原则66
• 5.3.2 一致性检验的原则66-67
• 5.3.3 反应一致性检验67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间所发表的论文73-74
• 致谢74

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