ni金属整体型催化剂催化甲烷自热部分氧化制合成气研究.pdf

硕士学位论文化制合成气的研究』金属整体型催化剂催化甲烷自热部分氧一级学科:化学工程与工艺学科专业:化学工艺作者姓名:李兵兵指导教师:王亚权教授天津大学化工学院二零零八年六月
摘要关键词:金属整体型,甲烷,自热,部分氧化,合成气,双床目前工业上一般采用天然气水蒸汽重整法制合成气,该反应能耗高、催化剂容易积炭,且生成的/比高,不适合一些后续过程。甲烷部分氧化制合成气过程投资小、能耗低、反应速率快,具有广泛的应用前景,近年来受到广泛关注。本论文工作采用泡沫镍制备成金属片,通过酸处理获得金属整体型催化剂;通过改变催化床层长度和空速,结合反应物转化率、产物选择性及催化剂床层温度的变化,研究金属整体型催化剂上甲烷自热部分氧化反应的机理;此外,考虑到金属整体型催化剂稳定性好,但活性低于负载催化剂的特点,还研究了./ù泊呋逑翟诩淄樽匀炔糠盅趸从χ械拇化性能。研究结果表明,在金属整体型催化剂上甲烷白热部分氧化中,反应过程分成两个阶段:首先是甲烷直接部分氧化,紧接着进行甲烷水蒸汽重整。在催化床层内前氧化区域内,氧气基本消耗完全,甲烷的转化率、氢气和一氧化碳的选择性急剧上升。催化剂床层前端温度也急剧上升,并在约处达到最高点。在氧气完全消耗后,剩余的甲烷与水进行重整反应,甲烷的转化率继续上升,但上升的速度明显下降;氢气和一氧化碳的生成速率也都降低,但一氧化碳下降得更快:同时催化床层温度也迅速下降。二氧化碳的摩尔流量在水蒸汽重整区域内也略有增加,这说明有少量的水汽变化反应,但没有观察趸碳重整反应。研究结果表明,金属整体型催化剂上甲烷自热部分氧化反应合成气的生成主要是通过直接部分氧化,水蒸汽重整反应对合成气的贡献不大。研究./ù蔡逑档拇呋阅埽⑾諲ù驳募淄椴糠盅趸钚院脱≡裥愿哂贜鹗粽逍痛呋粒/拇呋钚越啤4呋林本段椅陆希∈停料流速为痬,金属整体型催化剂长为保卣呋磷钚〕ざ任ù驳拇呋阅茏罡摺5痹と冉掀迨保孀沤衔露鹊纳撸ù采甲烷自热部分氧化的反应性能都有不同程度的提高。
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新躲覆趸杜导师签名:叼舀扛学位论文作者签叫乒孕签字吼》轷舌矽、日学位论文作者签名/参孩彦独创性声明学位论文版权使用授权书签字日期:尸芬年翵日∥缪年护/月或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丕鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得鞔本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签字日期:向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
刖随着世界石油资源的日益减少,天然气的开发和利用越来越受到人们的重视。天然气的主要成分是甲烷,还含有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然气的化工利用,可分为两条基本途径:直接转化法,如甲烷氧化偶联制乙烯,选择氧化制甲醇和甲醛等;间接转化法,即将天然气首先转化为合成气铣气再进一步转化合成液体燃料、甲醇、甲酸、甲酯、二甲醚等用途广泛的化学品。天然气的直接转化具有广泛的应用前景,但由于甲烷分子在结构上比合成的产物还稳定,难以获得高选择性,所以目前天然气的化工利用主要是通过间接法来实现的。目前工业上一般采用甲烷水蒸汽重整法制合成气,该反应是强吸热过程,反应温度高,为了防止催化剂积炭,需要使用高水碳比,这使得能耗变高,而且生成的/比高达,不适合一些后续过程如进一步合成甲醇或进行甌合成等。为了克服这些缺点,人们采用了水蒸汽重整接二段氧化法,但是这一过程的投资和能耗也较高。世纪年代开始,甲烷部分氧化制合成气的反应已经成为人们研究的热点。同前两种方法相比,甲烷部分氧化有许多优点:且桓龇湃确从Γ芎牡停放热量小,反应温度低,容易控制;生成的合成气比接近,可直接用于甲醇或甌合成等后续过程;应速度快,反应器体积小。目前的研究工作主要在外加热的固定床反应器中进行,由于是放热反应,易产生“热点”,导致催化剂失活。美国笱教授研究组使用整体型催化剂,在大空速下自热进行甲烷部分氧化制合成气的反应。整体型催化剂孔隙率大,压力降小,生产能力高,由于反应可在大空速下自热进行,所以无须使用外加热炉,反应器结构简单,易于工业化。淌谘芯孔檠芯苛颂沾如泡沫整体型载体负载的贵金属催化剂,获得了高转化率、高选择性。王亚权教授的课题组应用泡沫镍制备了金属整体型催化剂,也获得了高转化率、高选择性。本文在课题组前期工作的基础