甲烷蒸汽补碳转化制甲醇合成气催化剂的研究

【摘要】： 甲烷蒸汽补加二氧化碳催化转化制合成甲醇合成气的研究在国内外都引起了高度重视，一方面它可以利用取之不尽、对大气环境造成温室效应的CO_2，使之转化为有用的碳源，达到调节合成气中H_2／CO比例的目的；另一方面可以降低甲烷消耗，从而降低合成气成本，使甲醇产品更具市场竞争力。 作者对目前国内生产研制的三种较好的催化剂Z412W、Z413W和CN-16YQ进行了评选，以正交试验表L_(16)(4~5)安排试验，考察温度、空速、CO_2／烃碳、H_2O／烃碳四种因素对这三种催化剂，用于制合成甲醇的合成气催化反应的影响，找出最优反应条件和评选出这三种催化剂中活性、强度、抗析炭能力、抗毒性、水碳比等综合因素最好的催化剂。经在串珠反应器中的多次重复试验和在内循环无梯度反应器中的佐证试验结果，以及析炭量测试，结果表明，CN-16YQ析炭量最大，Z412W和Z413W两种催化剂的析炭量都很小，综合活性数据、析炭量数据和强度各因素表明，Z412W催化剂具有良好的催化活性，强度高，抗析炭能力强，水碳比低等特性，而且造出的合成气H_2／CO的比例适合合成甲醇的合成气，能满足工业实际生产的需要。 另外，在磁力搅拌内循环无梯度反应器中，采用正交表L_(25)(5~6)安排试验，考察温度、甲烷流量、CO_2／烃碳、H_2O／烃碳四种因素对Z412W催化剂反应的影响，并且进行在3.0MP_a下运行300h以上的寿命考核，并考察了该催化剂的最佳工艺操作参数。试验结果表明，Z412W催化剂具有良好的催化活性，经历300h以上的寿命试验后仍然无粉化现象，其强度好，活性衰减情况符合要求；同时排出的冷凝水未见变黑，其析炭量少。并且寻找出Z412W催化剂的最佳工艺操作参数为，温度800℃，H_2O／C=3.2，CO_2／C=0.3，在该条件下，Z412W具有良好的活 四川大学硕士学位论文 性，同时能够满足工业长期生产的需要。 在磁力搅拌内循环无梯度反应器中，采用正交表LZ。(5‘)安排试验，压力 3.OMP。下，以温度、甲烷流量、COZ/烃碳、H20/烃碳四种因素为影响因素，考察 2412W催化剂反应的宏观动力学情况，得到了在温度650~850℃范围内的宏观 动力学方程式，由甲烷转化速率方程可以看出，对甲烷转化速率影响很大的是 甲烷和水蒸气的量，适当增大水碳比有助于提高甲烷的转化速率;C0和HZ的浓 度对该反应速率影响较小，但从节约能耗方面考虑，水蒸汽的量不宜过大，而 且当水蒸气的量达到一定量之后，不会再促进反应速率的提高;由二氧化碳转 化速率方程可以看出，二氧化碳浓度对提高二氧化碳转化速率起到决定性作用， 但二氧化碳的量太大，很容易造成析炭，综合考虑析炭因素，在不析炭范围内 应用该催化剂可以适当增加二氧化碳的量。 【关键词】：合成气 催化剂 评选 宏观动力学
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 前言8-9
• 2 合成甲醇合成气的制备9-14
• 2.1 以甲烷为原料制造合成气9-14
• 2.1.1 甲烷蒸汽转化法10
• 2.1.2 甲烷水蒸气催化转化的主要工艺10-11
• 2.1.3 甲烷水蒸气补碳制甲醇合成气研究现状11-12
• 2.1.4 本研究的目的12-14
• 3 Z型催化剂的试验测试14-40
• 3.1 实验所用的原料及仪器14
• 3.2 测试装置及流程14-15
• 3.3 催化剂评选试验方法15-31
• 3.3.1 评选试验16
• 3.3.2 催化剂评选初选测试16-18
• 3.3.3 催化剂细选试验18-31
• 3.3.3.1 Z412W催化剂19-21
• 3.3.3.2 Z413W催化剂21-24
• 3.3.3.3 CN-16YQ催化剂24-27
• 3.3.3.4 对比三种催化剂27-30
• 3.3.3.5 补碳操作后催化剂上析炭测试30-31
• 3.4 内循环无梯度反应测试评选结果31-35
• 3.5 Z412W催化剂寿命试验35-40
• 4 宏观动力学模拟40-44
• 4.1 反应宏观动力学的研究40
• 4.1.1 宏观动力学测试流程40
• 4.1.2 宏观动力学测试的试验设计40
• 4.2 测试数据及处理40-44
• 4.2.1 数据处理方法40-41
• 4.2.2 宏观动力学方程式的建立41-44
• 5 结论44-45
• 参考文献45-48
• 发表论文48-49
• 声明49-50
• 致谢50-51
• 附录51-68

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