氯化铵甲醇法合成氯甲烷过程实验研究

【摘要】：联碱法生产纯碱过程会副产大量氯化铵，2012年底，我国氯化铵产量达到1500万吨。氯化铵约95%应用于农业化肥，然而氯化铵化肥的使用会危害农作物与土壤，导致氯化铵大量过剩。因此，氯化铵的高价值转化循环利用有极其重要的现实意义。而对氯化铵转化的研究较少。 鉴于上述问题，课题组提出了利用氯化铵与甲醇反应生成高附加值产品氯甲烷以及可以在纯碱工业循环利用的氨。课题组已经进行了一系列的研究，确定了合成反应催化剂的制备方法，小试固定床反应装置以及产物分析方法。搭建了中试流化床反应器，并进行了初步中试实验研究。本论文对前期工作进行了总结和优化，并开展了深入的实验研究，为此方法的工业化应用打下基础。 本论文首先对合成氯甲烷小试实验催化剂载体、负载金属组分和负载量进行了研究，结果表明使用γ-Al_2O_3载体催化剂，负载组分为Ni(NO3)2，负载量为4%时催化效果最好，氯甲烷收率达到77%，甲醇生成氯甲烷选择性达到93%；使用活性炭载体催化剂，负载组分为ZnCl2，负载量为5%时催化效果最好，氯甲烷收率达到68%，甲醇生成氯甲烷选择性达到95%。其次研究了小试操作条件对反应的影响，结果表明γ-Al_2O_3载体催化剂最佳使用温度为340℃，最佳操作空速20min~(-1)~30min~(-1)，活性炭载体催化剂最佳使用温度为320℃，最佳操作空速20min~(-1)~35min~(-1)，最佳原料摩尔比（氯化氢:甲醇）同为1:1。 通过冷态流化床实验，对流化时节涌现象进行了研究，发明了挡板+桨式组合内构件，并通过实验证明了其可以有效抑制节涌的产生。对γ-Al_2O_3催化剂颗粒和活性炭催化剂颗粒的流化气速进行了研究，实验结果表明γ-Al_2O_3催化剂颗粒的最小流化气速为0.02m/s，最佳操作气速为0.2m/s；活性炭催化剂颗粒的最小流化气速为0.025m/s，最佳操作气速为0.25m/s。 根据小试筛选的催化剂，冷态流化床确定的内构件和不同催化剂的基础流化数据，在中试流化床反应器上进行中试热态研究。在前期的工作基础上对中试热态流化床反应器及其配套设备进行了优化改进，并完善了中试产物提取和分析方法。探索了不同工艺条件对中试反应的影响，确定了中试流化床最佳操作温度为320℃，最佳原料摩尔比（氯化铵:甲醇）为0.8:1~1:1，使用γ-Al_2O_3和活性炭载体催化剂的最佳空速分别为10min~(-1)和10min~(-1)~13min~(-1)，此时氯甲烷收率分别达到78%、71%，相对小试较高。对催化剂失活与再生进行了初步研究，确定了催化剂的失活是由积炭引起的，并对再生的催化剂进行了活性检验，证明再生方法可靠。 【关键词】：氯化铵 氯甲烷 载体催化剂 内构件 流化床反应器
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ222.214
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 国内外氯化铵转化技术现状10-15
• 1.2.1 与酸性化合物反应11-12
• 1.2.2 与碱性化合物反应12-13
• 1.2.3 与其它无机化合物反应13-14
• 1.2.4 与有机化合物反应14-15
• 1.3 氯化铵甲醇法制备氯甲烷研究进展15-17
• 1.4 课题组前期研究基础17-18
• 1.5 本论文主要研究内容18-20
• 第2章 氯化铵甲醇法制备氯甲烷催化剂小试研究20-40
• 2.1 小试前期研究基础20-24
• 2.1.1 反应催化剂的制备21-22
• 2.1.2 小试反应及分析装置22-24
• 2.2 反应催化剂小试研究24-31
• 2.2.1 γ-氧化铝载体的研究25-28
• 2.2.2 活性炭载体的研究28-31
• 2.3 反应条件小试实验研究31-36
• 2.3.1 温度对反应的影响32-33
• 2.3.2 进料比对反应的影响33-34
• 2.3.3 空速对反应的影响34-36
• 2.4 催化剂总结及对比36-40
• 2.4.1 催化剂总结36-38
• 2.4.2 催化剂对比38-40
• 第3章 冷态流化床实验研究40-56
• 3.1 冷态流化床设备的设计和搭建40-43
• 3.1.1 流化现象40
• 3.1.2 初始流化速度以及操作流速的选择40-41
• 3.1.3 气泡行为与床层压力的联系41-42
• 3.1.4 冷态流化床的搭建42-43
• 3.2 流化床内构件设计43-51
• 3.2.1 流化床内构件43-45
• 3.2.2 内构件抑制节涌效果实验45-48
• 3.2.3 内构件阻力实验48-49
• 3.2.4 内构件的设计及验证49-51
• 3.3 固体颗粒最佳流化气速测定51-53
• 3.3.1 γ-氧化铝最佳操作气速51-52
• 3.3.2 活性炭最佳操作气速52-53
• 3.4 本章总结53-56
• 第4章 中试热态实验研究56-74
• 4.1 中试前期研究基础56-59
• 4.2 中试装置的结构优化与完善59-63
• 4.2.1 氯化铵固体进料堵塞的问题59-60
• 4.2.2 氯化铵进料管压力平衡的问题60-61
• 4.2.3 反应器内料层升高的问题61-62
• 4.2.4 进料口位置的改进62-63
• 4.3 热态中试实验研究63-69
• 4.3.1 热态中试实验的设备及原料63-64
• 4.3.2 热态中试反应流程64
• 4.3.3 结果与讨论64-68
• 4.3.4 中试改进对比68-69
• 4.4 连续操作及催化剂失活再生初步研究69-72
• 4.4.1 连续操作69
• 4.4.2 催化剂失活再生初步研究69-72
• 4.5 本章总结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间所发表的论文80-82
• 致谢82

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