Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n催化剂上的水煤气变换反应研究

【摘要】：我国化石能源资源的禀赋特点是缺油、少气、煤炭相对丰富。煤炭作为我国的主要能源在相当长的时间内不会改变,但其直接燃烧利用造成的环境污染越来越不被人们接受,洁净高效利用煤炭成为未来的发展方向。热解作为一项煤分质转化多联产技术的核心工艺,越来越受到人们的关注,但其过程产生的废水难以处理。为了解决废水处理问题,将水煤气变换反应引入热解过程,减少或脱除热解过程产生的废水,最终实现热解过程废水零排放。研究适合与煤热解过程耦合的水煤气变换反应催化剂成为一个关键问题。 本论文采用共沉淀法制备了镁铝复合氧化物载体,考察了镁铝摩尔比、水解温度、pH值、老化时间以及焙烧温度对镁铝复合氧化物理化性质的影响。结果表明：水解温度为70℃、水解溶液的pH值为9.5、焙烧温度为550℃C以及老化时间为5h条件下制备的镁铝复合氧化物具有较完整的晶型,并且具有很好的孔结构和比表面积。 在连续固定床反应器上对Co-Mo-K/Al2O3-MgO-n (n=0、0.2、0.5、0.8、1)催化剂上的水煤气变换反应进行研究,探讨了不同催化剂载体的水煤气变换反应活性,结果表明：五种催化剂的变换活性由大到小顺序为Co-Mo-K/Al2O3-MgO-0.8Co-Mo-K/Al2O3Co-Mo-K/MgOCo-Mo-K/Al2O3-MgO-0.5Co-Mo-K/Al2O3-MgO-0.2。 考察了反应条件对变换反应的影响,结果表明:Co-Mo-K/Al2O3-MgO-n催化剂上的水煤气变换反应的最佳反应温度为300℃、最佳的气液比为900ml/ml、最佳压力为0.5Mpa。 考察了苯对变换反应的影响,结果表明：苯的添加使CO在CMMA-0.8催化剂上的转化率有所降低,明显抑制了水煤气变换反应的进行。通过热力学计算和实验研究表明：苯在200℃-400℃的范围内是可以发生加氢反应,由于苯和水煤气在催化剂活性位点上的竞争吸附以及化学反应平衡的影响,水煤气变换反应和苯加氢反应存在一定程度的拮抗作用。 同时考察了噻吩对水煤气变换反应的影响,实验结果表明：噻吩的添加使水在CMMA-n催化剂上的转化率降低,抑制了水煤气变换反应的进行。切换为不含噻吩的溶液后,在一定时间内,CO转化率有一定程度的回升,说明所制备的催化剂CMMA-n有一定的抗硫性能。与工业催化剂QCS-4相比,CMMA-n催化剂的抗硫性能略差。 【关键词】：水煤气变换反应 镁铝复合氧化物 苯 噻吩
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ546;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-33
• 1.1 水煤气变换反应的研究11-19
• 1.1.1 水煤气变换反应11
• 1.1.2 水煤气变换反应的影响因素11-12
• 1.1.3 水煤气变换反应机理的研究12-19
• 1.2 水煤气变换反应催化剂的研究状况19-29
• 1.2.1 钴钼催化剂的组成研究20
• 1.2.2 钴钼催化剂载体研究20-23
• 1.2.3 钴钼催化剂助剂的研究23-27
• 1.2.4 耐硫变换催化剂的硫化研究27-29
• 1.3 国内外主要工业化耐硫变换催化剂的研究现状29-32
• 1.3.1 国外主要工业化的耐硫变换催化剂29-30
• 1.3.2 国内主要工业化的耐硫变换催化剂30-32
• 1.4 本论文研究内容32-33
• 2 实验部分33-42
• 2.1 实验药品与仪器33-34
• 2.1.1 实验药品33
• 2.1.2 实验仪器33-34
• 2.2 催化剂活性评价装置34-35
• 2.2.1 催化剂硫化与老化34
• 2.2.2 实验装置与流程34-35
• 2.2.3 实验方案35
• 2.3 催化剂的表征35-36
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)36
• 2.3.2 N_2物理吸附36
• 2.4 催化剂的制备36-42
• 2.4.1 Al_2O_3-MgO-n载体的制备36
• 2.4.2 制备因素对Al_2O_3-MgO-n载体性质的影响36-41
• 2.4.2.1 反应温度的影响36-37
• 2.4.2.2 反应pH值的影响37-38
• 2.4.2.3 老化时间的影响38-39
• 2.4.2.4 焙烧温度的影响39-40
• 2.4.2.5 镁铝分子比的影响40-41
• 2.4.3 Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n催化剂的制备41-42
• 3 Co.Mo-K/Al_2O_3-MgO-n催化剂上的水煤气变换反应性能的研究42-52
• 3.1 Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n催化剂的表征42
• 3.2 Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上的水煤气变换反应性能42-44
• 3.3 化学反应程度的计算44-46
• 3.4 反应条件对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上水煤气变换反应的影响46-50
• 3.4.1 反应温度对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上水煤气变换反应的影响46-47
• 3.4.2 反应压力对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上水煤气变换反应的影响47-48
• 3.4.3 气液比对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上水煤气变换反应的影响48-49
• 3.4.4 空速对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-n上水煤气变换反应的影响49-50
• 3.5 MgO对催化剂CMMA-n积碳量的影响50-52
• 4 芳香族化合物对Co-Mo-K/Al_2O_3-MgO-0.8上水煤气变换反应的影响52-66
• 4.1 反应器内反应热力学的计算52-54
• 4.2 苯对水煤气变换反应的影响54-61
• 4.2.1 不同接触时间下苯对水煤气变换反应的影响54-55
• 4.2.2 不同温度下苯对水煤气变换反应的影响55-57
• 4.2.3 不同压力下苯对水煤气变换反应的影响57-59
• 4.2.4 不同空速下苯对水煤气变换反应的影响59-61
• 4.3 萘对水煤气变换反应的影响61-66
• 4.3.1 不同温度下萘对水煤气变换反应的影响61-63
• 4.3.2 不同压力下萘对水煤气变换反应的影响63-66
• 5 含硫化合物对CMMA-n催化剂上水煤气变换反应的影响66-69
• 5.1 前言66
• 5.2 CMMA-n催化剂的抗硫性能测试66-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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