搅拌釜中铁基催化剂费托合成宏观动力学研究.pdf

学兔兔学兔兔 第5期 颜 芳等：搅拌釜中铁基催化剂费托合成宏观动力学研究 53 搅拌釜中铁基催化剂费托合成宏观动力学研究 颜 芳 ，一，潘 壮 ，钱炜鑫 ，孙启文 ，张海涛 ，应卫勇 ，房鼎业 (1．华东理工大学 大型工业反应器工程教育部工程研究中心，化学工程联合国家重点实验室，上海 200237；2．煤液化及煤化工国家重点实验室，上海 201203) 摘要：采用0．5L机械搅拌釜式反应器，在温度为210~C~250~C，压力0．5MPa~4．5MPa，流量为62．6mldmin~125．2mIJmin和原料 气中H4CO物质的量比为 1．0~2．5的条件下，实验测定了CO转化率和C0消耗速率随温度、压力、空速和H4CO比的变化规 律，研究了低温沉淀铁基催化剂的费托合成反应CO消耗动力学。采用采用全局算法和Levenberg—Maquardt算法对动力学参数 进行拟合，得到搅拌釜中低温沉淀铁基催化剂费托合成反应的宏观动力学模型。统计检验和相对误差分析显示该模型是适宜 的，模型计算值与实验值吻合良好。 关键词：搅拌釜；费托合成；铁基催化剂；宏观动力学 中图分类号：0643；TQ426；TQ013．2 文献标识码：A 文章编号：1001—9219(2015)05-53-05 费托合成过程是将煤、生物质等转化而来的合 及Levenberg-Maquardt算法回归模型参数，得到适 成气用于直接合成液体燃料的过程，所得产物具有 合于低温沉淀铁基催化剂的费托合成反应宏观动 无硫、无芳烃、对环境友好等特点，因此受到越来越 力学模型。 多人的关’注【 21。在对费托合成反应过程进行放大及 1 实验部分 工艺优化的过程中，需要对反应动力学有准确掌 握，但是费托合成产物种类繁多，若对每一种产物 1．1 催化剂制备 生成速率进行考察存在较大困难 。根据反应过程 实验中使用的低温铁基催化剂采用共沉淀法 中合成气或CO的消耗速率以及经过集总的产物分 制备。金属硝酸盐首先配制成均匀混合溶液，采用 布的考察推导产物生成速率是经常采用的一种费 氨水作为沉淀剂。硝酸盐溶液与沉淀剂逐滴滴入到 托合成动力学研究方法，可大大简化费托合成动力 一 置于恒温水浴中的玻璃烧杯中，并连续搅拌，烧 学研究的复杂程度[6-S]。同时，根据是否考虑传质、扩 杯中的浆液pH值维持在9．0左右。共沉淀完成后， 散等因素，费托合成动力学可分为本征动力学及宏 继续搅拌浆液2h后静置12h并抽滤、洗涤至中性。 观动力学。本征动力学是在排除了反应过程中传 滤饼经11O℃恒温干燥24h，在马弗炉中500~C焙烧 质、扩散等物理过程对反应的影响，研究反应的本 4h后研磨、筛分，取60-80目的颗粒备用。采用等体 质过程，而宏观动力学则是包含了传质、扩散等因 积浸渍法在颗粒上负载K CO ，搅拌后静置过夜， 素对反应过程的影响，是描述传质与反应的综合过 120~C干燥24h，500~C焙烧4h，即得到所需配比的 程的反应特性[91。一般在工业浆态床反应器模拟、放 催化剂。 大等过程中，宏观反应动力学的应用较多。 1．2 动力学实验 本文在0．5L的机械搅拌釜中研究了低温沉淀 宏观动力学实验在大连自控设备厂生产的 铁基催化剂上的费托合成宏观反应动力学，基于H GCF一0．5型高压搅拌釜式反应器中进行，釜的有效 在催化剂表面的不同吸附形态的假定，推导得到了