采用异形催化剂的两段法CPO制合成气工艺探究.pdfVIP

采用异形催化剂的两段法CPO制合成气工艺研究 杨志强余长春李然家沈师孔 (石油大学(北京)CNPC催化重点实验室) 摘要介绍了采用异形催化剂的固定床两段法催化部分氧化制合成气的新工艺，对异形La-Mn 钙钛矿催化剂上发生的甲烷催化燃烧反应进行了考察，研究了温度、压力及空速等工艺条件时两段法造 气．T-艺的影响，结合异形La助Ni基催化剂进行了两段法联合制合成气工艺条件的研究，并考察了床层 压降、催化剂机械强度等异形催化剂的物性。结果表明，采用异形催化荆在催化剂活性、操作安全性和 提高能效等方面更适合于两段法制合成气工艺的放大研究。异形催化剂具有良好的机械性能，可有效的 降低床层压降并使床层具有更加稳定均匀的热波分布。 关键词 甲烷合成气部分氧化异形催化剂 随着能源问题的日益突出，对天然气进行合理而有效的利用受到了越来越广泛的重视，而天然气 经由合成气的问接转化利用则成为世界各国研究的重点“’。相对于其他造气工艺而言，甲烷催化部分氧 化(cPo)制合成气工艺具有能耗低、产品气组成适合于包括F—T合成在内的很多后续工艺要求等优点， 受到广泛的关注。本实验室开发了固定床两段法甲烷催化氧化制合成气新工艺“…3，在～段反应器中进 行甲烷的低温催化燃烧，完全燃烧掉部分甲烷，使反应更加偏离爆炸极限并利用其放出的热量预热原料 气：第一段产物气和剩余的0z一同进入第二段反应器发生部分氧化及重整反应。另外采用异形催化剂 可以有效的改善催化剂的活性“1、降低床层压降‘51、改变床层的热波分布“1，从而对放大研究中固定床 的性能产生影响。本文系统的考察了温度、压力、空速等因素对采用异形催化剂的两段法造气工艺的影 响，为两段法工艺的发展及进一步放大研究奠定了坚实的基础。 l实验部分 1．1催化和制备 (1)实验中采用的催化剂为n_Alz如的二十四孔柱、七孔球、三叶草、拉西环和球形催化剂(分别 简称为KZ、QK、sY、LX、WO)，规格如表I所示。 表1实验用催化剂的形状 一74— (2)燃烧段采用的催化剂为负载于异形载体上的复合氧化物燃烧催化剂，采用柠檬酸络合法制备。 部分氧化段催化剂的制备方法为：将表面化学修饰改性预处理的载体在900℃T焙烧lo小时后制得催 化剂前体，将催化剂前体浸渍于含有La、Ni离子的硝酸盐溶液中8小时后烘干，在900℃下焙烧6小 时，即制成要求的La-Ni基催化剂。 1．2催化剂评价方法 催化剂评价在图1所示两段法实验装置上进行。催化燃烧段和部分氧化段反应器中装填异形甲烷 分子筛双柱串联色谱分析，用TCD和AnaSta3：色谱工作站进行在线分析。异形催化剂床层压降实验中为 了保证实验的可重复性及数据的可比性，在催化剂的装填过程中反复敲击反应器管壁，直到床层高度不 发生变化为止，各种形状的催化剂用量为259，实验用气体为空气床层出口压力等级为0．05，0．1，0．15， 压速率4～6N／s(化工部制碱工业研究所生产)。 圈1 两段法制合成气流程示意图 t-Cll42-Air combustionreactor4-Blender conlroller 3一Caud蜘c 5-Temperature 6-Cooler7-Back valve valve oxidationand reactor pressure 8-Six-way refomung 9-pacdal 2结果与讨论 2．1 甲烷催化燃烧实验结果与讨论 2．1．1异形燃烧催化帮的性能坪价 不同形状的甲烷燃烧催化剂的性能评价结果如表2所示。 一75— 表2异形甲烷燃烧催化剂的性能评价结果 G}ISV-10，000h。r p=latm，吼／02=8(V／V)，log． 由表2可以看出，当活性组分负载量达