快速接触催化重整乙烷的试验研究

【摘要】：氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)、合成气(CO与H_2的混合气)等作为化工原料气在工业生产和能源领域起到重要作用。烃类催化重整是获得氢气、合成气和乙烯的重要方法。天然气是以甲烷为主,伴有乙烷、丙烷等多种烃类化合物的混合气体,乙烷快速催化重整对天然气催化重整技术是一个重要补充。本文采用贵金属和对毫秒级快速接触重整技术对乙烷催化重整做了较为详细的试验研究。主要研究工作和结论: (1)研究了Pt-SCTR的反应规律。通过控制C_2H_6/O_2、N_2稀释率、总流量(保留时间)、外部加热温度等,研究了这些变量对产物中成分的影响。结果表明:C_2H_6/O_2是影响C_2H_4和合成气选择性的最重要因素,C_2H_6/O_2较低时合成气选择性较高,C_2H_6/O_2较高时,C_2H_4选择性上升。N_2稀释率主要通过影响温度来影响反应,温度同时对表面催化和气相氧化起作用,但是对气相氧化的影响更大。当N_2稀释率升高时,反应温度降低,C_2H_4的选择性增加。温度对表面催化的影响又可分为两个方面,一是对催化氧化的影响,二是对吸热的的催化水蒸气重整和CO2重整产生影响。流量主要影响保留时间和温度,在C_2H_6/O_2=2, N_2稀释率为60%,4SLPM下合成气的选择性最高(CO:70%;H_2:40%)。反应气体预加热可提高反应器中的温度,促进C_2H_4被氧化成为C2H_2、CH_4、和合成气。研究发现Pt-SCTR主要符合间接反应特征,即在催化部分可分成两个区域,第一区域发生完全燃烧或者部分氧化反应,第二区域发生水蒸气重整和CO2重整。 (2)研究了Rh-SCTR的反应规律,进一步对快速接触重整的性质和机理有了深入的认识。研究发现,气相反应在SCTR中的影响不可忽视,气相反应的两个主导反应是:乙烷部分氧化脱氢生成合成气的反应和乙烷部分氧化生成乙烯和H_2O的反应。此两个反应的发生程度主要和C_2H_6/O_2以及温度有关。C_2H_6/O_2、N_2稀释率和流量对Rh-SCTR的影响规律与对Pt-SCTR的影响规律相似,一方面是因为同为贵金属,其反应表面反应机理有相似之处;另一方面因为C_2H_4、C_2H_2以及合成气的产生主要源于气相反应。与Pt相比,Rh催化下C_2H_6和O_2的转化率都较低,但合成气选择性较高,而C_2H_2、CH_4以及C_2H_4的选择性较低。Rh与Pt的区别主要在于在催化剂表面,Rh不利于β-H的脱附,中间粒子容易被氧化成为合成气;而且由于这些中间粒子一直保持高能状态,容易与水蒸气相结合,发生水蒸气重整,而且即使已经脱附的碳氢化合物分子,也容易在Rh催化下发生水蒸气重整。 (3)研究了LaMnO_3-SCTR的反应规律。研究表明,由于气相反应在SCTR中的作用不可忽视, LaMnO_3-SCTR中产物的转化关系仍然与Pt、Rh有相似之处,但是LaMnO_3的催化起燃活性较高,表面催化产生的CH_4较多,因此总的CH_4的选择性受反应器中温度的影响较弱。研究发现,LaMnO_3催化下的最高温度出现在催化剂床层后面(20mm后),而贵金属催化下的最高温度一般在催化剂床层内部(10mm~20mm),说明除去起燃过程,贵金属SCTR中多相表面催化作用强于LaMnO_3。与贵金属相比,LaMnO_3的表面催化脱氢能力最弱,其作用几乎完全集中在催化起燃方面。催化剂负载量的变化影响起燃温度,负载量升高时温度上升,氧化能力增强。总体来看,LaMnO_3催化剂的活性较高,C_2H_6转化率在70%以上,而且能够保持热稳定。 论文的研究工作有助于深入了解乙烷快速催化重整反应特点和反应机理,是天然气快速催化重整技术研究中的重要组成部分。 【关键词】：快速接触重整 贵金属 稀土金属 部分氧化 H_2
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ203.2
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 背景12-14
• 1.1.1 H_212-13
• 1.1.2 合成气13-14
• 1.1.3 C_2H_414
• 1.2 重整技术概述14-23
• 1.2.1 部分氧化重整15
• 1.2.2 水蒸气重整15-16
• 1.2.3 自热重整16-17
• 1.2.4 二氧化碳重整17
• 1.2.5 重整催化剂研究现状17-23
• 1.3 毫秒级快速接触重整23-29
• 1.3.1 毫秒级快速接触重整概念的提出23
• 1.3.2 乙烷快速重整研究现状23-26
• 1.3.3 乙烷快速重整机理研究现状26-29
• 1.4 本课题研究目的及主要内容29-30
• 1.4.1 本课题的研究目的29
• 1.4.2 本课题的研究内容29-30
• 第二章 试验系统及催化剂的制备30-37
• 2.1 试验装置简介30-33
• 2.1.1 快速接触重整试验台架的设计30-31
• 2.1.2 音速质量流量计31
• 2.1.3 反应器31-33
• 2.2 快速重整催化剂的制备33-34
• 2.2.1 Pt（浸渍法）33
• 2.2.2 Rh（浸渍法）33
• 2.2.3 LaMn0_3（浸渍法）33-34
• 2.3 气相色谱仪的测试原理及反应成分的标定34-35
• 2.4 催化部分氧化快速重整C2H6爆燃的控制35
• 2.5 快速重整性能评价指标35-37
• 第三章 Pt-SCTR 试验研究37-53
• 3.1 C_2H_6/0_2对Pt-SCTR 的影响37-42
• 3.2 N2比例对Pt 催化乙烷快速重整的影响42-46
• 3.3 流量和接触时间对Pt-SCTR 的影响46-47
• 3.4 预加热对Pt 催化乙烷快速重整的影响47-49
• 3.5 加入C02对SCTR 的影响49-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 Rh-SCTR 试验研究53-65
• 4.1 燃氧比对Rh-SCTR 的影响53-55
• 4.2 N2比例对Rh-SCTR 的影响55-58
• 4.3 流量和接触时间对Rh-SCTR 的影响58-59
• 4.4 两种贵金属催化剂的比较59-64
• 4.4.1 变燃氧比下Rh 和Pt 的比较60-61
• 4.4.2 变N2比例下Rh 和Pt 的比较61-62
• 4.4.3 变流量下Rh 和Pt 的比较62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 LaMnO_3-SCTR 试验研究65-80
• 5.1 燃氧比对LaMn0_3-SCTR 的影响65-67
• 5.2 N2比例对LaMn0_3-SCTR 的影响67-69
• 5.3 流量和接触时间对LaMn0_3-SCTR 的影响69-72
• 5.4 LaMn0_3不同负载量对乙烷快速重整的影响72-74
• 5.5 稀土金属催化剂和贵金属催化剂在SCTR 中的性质比较74-79
• 5.5.1 不同C2H6/02下LaMn0_3催化剂与贵金属的比较74-76
• 5.5.2 不同N2稀释率下LaMn0_3与贵金属的比较76-77
• 5.5.3 不同流量下LaMn0_3与贵金属催化性能的比较77-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第六章 全文总结及工作展望80-83
• 6.1 全文总结80-82
• 6.1.1 Pt-SCTR 试验研究80-81
• 6.1.2 Rh-SCTR 的试验研究81
• 6.1.3 LaMn0_3-SCTR 的试验研究81-82
• 6.2 本研究的创新之处82
• 6.3 工作展望82-83
• 参考文献83-88
• 化学反应方程式（附录1）88-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文91-93

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

含硫液体烃燃料水蒸气重整制氢Ⅰ.Pt/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)催化剂的制备、表征和抗硫性能    陈金春;刘晔;路勇;薛青松;高立达;王亚;何鸣元;

制氢技术发展概况    周未,王金全

化学制氢技术研究进展    吴川,张华民,衣宝廉

异辛烷蒸汽重整制氢的研究 Ⅱ.抗硫中毒Pt/CeO_2/Al_2O_3催化剂的程序升温还原表征    薛青松;高立达;陈金春;路勇;何鸣元;

Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)制备方法对负载的铂催化剂在异辛烷水蒸气重整制氢过程中抗硫中毒性能的影响    陈金春;高立达;薛青松;刘晔;王亚;路勇;

Ni/Al_2O_3催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究    王倩;徐新;郭芳林;周林碧;

含硫液体烃燃料水蒸气重整制氢 Ⅱ. Pt/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)催化剂的原位DRIFTS表征    陈金春;薛青松;路勇;何鸣元;

甲醇电解制氢    胡智怡;李永亮;沈培康;

PEM燃料电池的应用前景    周未,王金全,仲未秧

不同炭载体对铝水储氢电池复合正极的影响    张林森;李振亚;王为;

微生物电解产氢新技术研究现状与进展    陈小粉;柳娴;李小明;杨麒;曾光明;王冬波;郑峣;

TGA/SDTA 851~e热分析仪炉箱部分常见故障的剖析    薛青松;蒋金刚;陈丽;

铜基催化剂上甲醇水蒸汽重整制氢 Ⅰ.催化剂组成的影响    赵宁;尹燕华;王新喜;牛成德;

LaH_3稀土催化及球磨时间对Mg_(17)Al_(12)氢化物水解性能的影响    吴海文;吴朝玲;陈云贵;肖艳;杨菲;

常温及常压至1.2GPa条件下异辛烷的拉曼光谱研究    张菲菲;郑海飞;

含硫液体烃燃料水蒸气重整制氢Ⅰ.Pt/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9)催化剂的制备、表征和抗硫性能    陈金春;刘晔;路勇;薛青松;高立达;王亚;何鸣元;

稀土金属氧化物改性整体式钌基氨合成催化剂的制备和性能的研究    王建梅;王榕;谢峰;林建新;俞秀金;魏可镁;

稀土催化材料的应用及研究进展    郭耘;卢冠忠;

催化重整反应动力学模型的建立及其工业应用(1)——物理模型的建立    解新安 ,彭世浩 ,刘太极

新建催化重整不同工艺方案的技术经济分析    王中华

催化重整过程的数学关联模型    郑小平,胡山鹰,李有润,沈静珠

催化重整芳烃分离联合装置劳动卫生学评价    张恒,杜鑫

催化重整集总反应动力学模拟    丁福臣,王文杰,唐瑞昆,郑灌生,盖增旗

十七集总催化重整反应动力学模型研究(Ⅱ)——工业装置模拟    丁福臣,周志军,杨桂忠,高强,靳广洲,郑灌生,盖增旗

Pt/ZrO_2-γ-Al_2O_3催化剂芳构化反应性能研究    方大伟;马爱增;潘锦程;

中国催化重整成套技术的开发与应用领先国际    钱伯章;

催化重整反应器的模拟与分析    梁克民，冯辉

延安炼油厂催化重整试车一次成功    陈俊发

3932和3933催化重整催化剂的运行分析    邹高新;

Gd对Pt/KL分子筛催化性质和酸碱性质的影响    卢维奇;邝钜炽;

Pt/TiO_2光诱导催化重整乙醇制氢研究    吴玉琪;吕功煊;

催化重整的在线优化控制    刘明宇;韩曾晋;吴秋峰;

加氢焦化汽油中正异构烃的吸附分离及优化利用    刘纪昌;沈本贤;孙辉;

ET-2型精脱氯剂在重整装置中的工业应用    张孟涛;

高含氮石脑油重整预加氢催化剂的选择    罗继刚;张笑剑;赵智峰;王建军;王刚峰;王益民;

掺焦化石脑油重整原料预加氢精制的研究    罗继刚;王全平;刘成林;

(Me)-Al-MCM-41对毛竹与LDPE共裂解蒸气的催化重整实验    刘文武;杨宇;童冬梅;李桂英;祝良芳;张睿楠;胡常伟;

HPL-2催化剂不硫化直接用于重整预精制装置    罗继刚;李宏冰;张笑剑;韩孝;李旭浩;

广石化100万吨催化重整项目进入冲刺    记者 余峻才

催化重整：实现“三级跳”    本报记者 姚耀富

催化重整：发展空间有多大    本报记者 李建永

炼油一厂 催化重整辛烷值提高1.5个百分点    朱正江

守得云开见明月    本报记者 叶文峰

洛阳石化攻克炼油核心技术难关    记者 尹江勇

石化专著入选国家原创出版工程    胡德铭

广州石化强化物资采购过程控制    钟勇浜　谢江民

取长补短 交相辉映    丰伟 詹天宇

超低压连续重整有了示范装置    李建永

催化重整流程模拟及优化研究    胡永有

芳烃型连续重整集总反应动力学模型研究    周红军

生物油催化重整制氢和草酸二甲酯加氢合成乙二醇研究    李信宝

催化重整流程模拟与优化技术及其应用研究    侯卫锋

生物质炭催化重整热解焦油技术研究    尤占平

生物油水蒸汽催化重整制氢研究    刘少敏

生物质一体化制氢研究    张尤华

炼油过程系统优化方法及应用研究    李进

生物质油催化重整制氢及催化剂积炭失活研究    蓝平

微型燃烧器内甲烷催化燃烧特性数值研究及实验    闫云飞

催化重整产品质量与收率预测建模的研究    张成涛

催化重整反应器建模技术研究    梁超

催化重整联合装置建设项目质量管理分析    肖仁伟

催化重整全流程动态模拟及重整反应器模拟方法探讨    张红梅

催化重整联合装置建设项目进度分析    程阳

生物质热解气白云石催化重整的实验研究    贾立

生物质油模拟物水蒸汽催化重整制氢反应机理的研究    谢丹

生物油催化重整制氢研究    任志忠

连续重整装置工艺模拟与优化改造    李庆刚

快速接触催化重整乙烷的试验研究    李拓年