Ni-Cu-Mn—K／Al2O3高温变换催化剂工艺参数和宏观动力学研究.pdfVIP

第l6卷2期 应用基础与工程科学学报 Vo1．16，No．2 2008年4月 J0URNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING April 2008 文章编号：1005-0930(2008)02-0270—10 中图分类号：TQo32；0632 文献标识码：A Ni-Cu-Mn—K／AI2 O3高温变换催化剂 工艺参数和宏观动力学研究 江莉龙 ， 叶炳火 ， 魏可镁 ， 林 诚2 (1．福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，福建 福州；2．福州大学化学化工学院，福建福州 350002) 摘要：对采用二步浸渍法制备的以 ．A1 O，为载体的多元体高温水煤气变换催 化剂，考察了在该催化剂作用下工艺参数对变换反应的影响．工艺研究结果表 明：提高汽／气比有利于催化反应的进行，较佳的操作汽／气比为0．8—1．5；空速 对催化反应下降影响不明显，具有较好的操作弹性；在实验条件下，其最佳操作 温度为400oC左右．采用内循环无梯度反应器研究了其宏观反应动力学，建立了 该催化剂的幂函数型宏观动力学方程，采用非线性最小二乘法进行参数估值．由 实验数据获得模型中的参数，适应性检验表明回归的宏观动力学方程是适定的． 关键词：水煤气变换催化剂；Ni—Cu—Mn—K／Al：O，；工艺参数；宏观动力学 高温水煤气变换催化剂主要用于合成氨等工业制氢及调节合成气制造加工过程中的 CO和H 的比率．传统共沉淀法制备高温水煤气变换催化剂在实际生产中具有一定的局 限性，如铁铬系催化剂生产工艺繁杂，制备过程中产生大量难以治理的含氨氮洗涤废 水 J，而铜系催化剂在高温下易烧结 。J，锰系催化剂制备工艺复杂 ]，金系的催化剂的 工业成本高等 J．此外，为了适应低汽／气比的操作条件，开发出了许多适应新型工艺条 件的铁铬系和无铬铁系高温水煤气变换催化剂L6 ，其中一些催化剂实现了工业化¨ ” ， 也对其宏观动力学进行了研究 14-15]．这些改进型的催化剂只对催化剂的组分进行改进， 并没有改变其繁杂的工艺和污染严重的生产过程． 在前期的研究中，我们报道了采用等体积浸渍法，制备多元体(Ni．Cu．Mn．K／A1 0，) 高温水煤气变换催化剂的制备工艺和还原条件，获得了最佳制备工艺参数 ，实现了无 污染且工艺简单的变换催化剂的制备技术；该催化剂成功应用于工业侧线小试 J．为使 该催化剂进一步实现工业化应用，本文在实验室条件下，考察了变换反应工艺参数对在该 催化剂作用下CO转化率的影响．而且，针对尚无动力学模型描述变换反应在该催化剂上 的行为，为此本文采用工业原粒度催化剂，对该催化剂进行宏观动力学研究，得出对该催 化剂的开发和使用具有一定参考价值的结论，为反应器的模拟计算和设计提供基础数据． 收稿日期：2007-03—15；修订日期：2007-08-24 基金项目：福建省自然科学基金计划资助项目(U0650011)，福建省发改委“小发明，小创造”资助项目 作者简介：江莉龙(1975一)，男，博士研究生，助理研究员． 通讯作者：林诚(1952一)，男，教授，博士生导师． 江莉龙等：Ni．Cu-Mn-K／ 0，高温变换催化剂工艺参数和宏观动力学研究 271 1 实验部分 1．1 催化剂的制备 选用山东铝业公司生产 一AI 0，作载体，采用二步等体积浸渍法制备催化剂将载体 冷浸于第一步溶液中，浸渍组分物质量的(Ni：Cu：Mn)比为2：1．5：1，浸渍300min后， 400~2焙烧2h，冷却后再等体积冷浸于第二步5％K 溶液中，4h后，120℃烘干，即为催化 剂样品． 1．2 催化剂活性评价方法 催化剂的工艺参数的活性评价在实验室CO变换催化剂测试装置上进行，反应器为 内径12mm的不锈钢管，采用升温程序控制反应温度．活性测试条件为原料气组成：约 26％CO、40％H 、8％CO ，其余为N ．装填量为5ml(0．838-_o．889mm)．汽气比为1：1，空 速2000h～，常压．催化剂还原程序为室温_20o℃，升温速率为3~C／min，停留时间90min； 200--530~C，升温速率为1．2~C／min，停留时间900mi