天然气经空气催化部分氧化制合成气工艺研究

【摘要】：随着世界能源结构的变化，天然气的有效利用日益受到人们广泛的重视。目前，各种天然气化工利用的新工艺和工业化过程的开发成为研究的热点领域。利用间接转化法将天然气转化为合成气(CO+H_2)，合成气作为重要的化工原料，在工业上用途广泛，可用于合成液体燃料，甲醇和化肥等一系列重要的化工产品。 进入二十世纪九十年代以来，由于甲烷部分氧化法制合成气具有变强吸热反应为温和放热反应，反应转换数(TOF)高，产物中H_2／CO比为2，适于甲醇工业和F-T的合成；反应可以在极大空速(1～5)×10~5h~(-1)下进行，使造气规模缩小，降低投资，减少生产成本；对原有生产装置进行技术改造，其生产能力可提高百倍以上。鉴于上述优点，部分氧化法正越来越受到人们的重视。 本文以空气代替纯氧，开展了天然气经空气催化部分氧化制合成气的研究，避免了昂贵的空气分离设备投资而增加制氧成本，明显提高了制合成气的经济性。在反应器结构上采用了氧分布器，使氧沿催化剂床层径向进行分配，以达到消除催化剂床层上部热点和反应热的合理利用。由于天然气轴向进料，氧气径向逐渐分布进料，天然气与氧气分开进料，确保了反应体系的安全性。采用天然气为原料，用空气代替纯氧，并在反应气中引入H_2O和CO_2(以减少加压条件下的积炭)，考察了氧分布器对催化剂床层温度分布的影响，不同反应条件下催化剂床层轴向温度场分布规律，并和反应性能进行关联，为POM反应工艺放大应用和绝热反应器设计提供有益的依据。 实验中发现镍基催化剂对天然气转化制合成气具有较好的催化性能，进一步添加稀土金属助剂可以提高活性组分镍的分散度，添加碱土金属助剂可以提高催化剂的抗积炭性能，因此本试验制备了Ni／La-Mg-Al_2O_3催化剂，研 【关键词】：天然气 空气 催化部分氧化 合成气 水蒸气重整
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 第1章 绪论10-23
• 1.1 概述10-13
• 1.2 课题的来源及研究意义13
• 1.3 国内外天然气的化工利用13-21
• 1.4 本文的主要工作21-23
• 第2章 实验部分23-38
• 2.1 催化剂的制备23-27
• 2.1.1 原料及仪器23-24
• 2.1.2 制备方法24-25
• 2.1.3 天然气预转化催化剂的技术指标25
• 2.1.4 催化剂载体吸收率的测定25
• 2.1.5 测定结晶水25-26
• 2.1.6 催化剂的制备26-27
• 2.2 天然气转化的理论依据27-35
• 2.2.1 天然气经空气催化部分氧化制合成气的反应机理27-30
• 2.2.2 热力学理论计算方法和计算结果30-32
• 2.2.3 空气催化部分氧化转化与水蒸气转化的对比32-35
• 2.3 催化反应装置35-37
• 2.3.1 固定床造气反应装置35-36
• 2.3.2 绝热床造气反应装置36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 结果与讨论38-62
• 3.1 固定床中天然气空气催化部分氧化制合成气38-43
• 3.1.1 床层高径比的影响38
• 3.1.2 原料气空速的影响38-40
• 3.1.3 CH_4/O_2的影响40-41
• 3.1.4 温度的影响41
• 3.1.5 N_2的稀释效应41-42
• 3.1.6 催化剂的稀释作用42
• 3.1.7 反应体系压力的影响42-43
• 3.2 固定床中天然气、空气和水蒸气转化制合成气43-52
• 3.2.1 压力的影响43-44
• 3.2.2 催化剂稳定性44-46
• 3.2.3 入口段催化剂的催化性能46-52
• 3.3 天然气空气绝热制合成气52-61
• 3.3.1 载体的性质53-54
• 3.3.2 镍含量对催化性能的影响54-55
• 3.3.3 La_2O_3添加量对催化性能的影响55-56
• 3.3.4 温度的影响56-57
• 3.3.5 压力的影响57-59
• 3.3.6 H_2O/CH_4比的影响59-60
• 3.3.7 催化剂稳定性考察60-61
• 3.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间所发表的论文70-71
• 致谢71-72
• 个人简历72

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