粉煤灰催化CO变换反应.docVIP

粉煤灰催化CO变换反应（1） 一、实验目的：验证粉煤灰对反应CO+H2O =CO2+H2的催化效果，阐述粉煤灰对CO变换反应的催化机理。模拟试验现场，考察不同的物理条件对粉煤灰催化效果的影响。 二、实验原理：CO变换反应是一个等摩尔可逆放热反应。 CO+H2O =CO2+H2 　ΔH0298K=-40.6kJ/mol （1） 人们对该反应进行了广泛深入的研究。但对其反应机理至今仍为达成一致，主要分两种看法。 反应中有甲酸根离子中间产物生成，反应机理可表示为： （2） （3） （4） （5） （6） 氧化-还原机理。R.J.Gorte等在脉冲实验中观察到了这种机理过程，反应机理如下： （7） （8） （9） CO的变换反应在一定催化剂的催化作用下，可以明显的降低反应温度，提高转化率。目前使用最广泛的催化剂包括Fe2O3-Al2O3-2K2O、Cu-Fe-Cr、Cu-Mn、过渡金属氧化物以及稀土金属氧化物。根据《内蒙古自治区察哈尔右翼前旗玫瑰营煤田弓沟勘查区煤炭资源精查报告》中叙述，试验区的煤灰里含有很多金属元素，其中还包括鍺、嫁、钒等微量元素，从理论上分析，在灰分中Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2OCO转化反应调研”）。从现场的实际情况来看，根据3月16日13:00这个时间段的气化炉的运行参数来分析，气化通道内的粉煤灰客观上已经起到了CO变换反应催化剂的作用（详细内容见“三带分布计算”）。本次试验将针对现场的工艺参数重点研究粉煤灰对CO变换反应的催化效果，总结规律，为今后的实际生产，提供试验依据。 三、实验仪器： 根据现场的实际情况，CO变换反应主要发生在进气列（D4-27#-28#）阶段，根据燃煤量来近似计算，通道宽度为8m，高度为5m，现场进气流量在4000Nm3/h左右，通过计算通道内气体的流速在1.67m/min左右。根据上述的现场实际情况，本次试验使用内径为40mm的石英管作为反应器，催化剂床层长50mm，进气流量控制在2L/min，催化剂用量大约在80克左右。如下图： 上图是管式炉的照片，该管式炉可程序升温到800°，氮气为载气，最大流量5000ml/min，常压，长1米，内径60mm，恒温长度200mm。上述的石英管反应器放入管式炉的炉体中，通过管式炉升温来达到给催化剂床层加热的目的。 四、实验方法： 1． 粉煤灰样品的制备：本实验的粉煤灰是选取现场煤样气化以后得到的剩余物。剩余物要先经过人工处理，具体方法是首先对粉煤灰进行粉碎研磨，然后压片，使粉煤灰具有一定的强度，接着再进行粉碎和筛分，使粉煤灰的颗粒直径在0.2mm-0.5mm之间（具体大小视实验室条件而定）。 2．样品的预处理：按照上述的试验用量，将试验样品装入试验装置，通入氮气，进气流量控制在2L/min，同时对反应器进行加热，记录样品的温度以及管式炉显示的温度，考察系统的升温行为。当样品温度达到600°的时候停止加热，继续通入氮气，直至确定样品冷却。 3．混合气体的准备以及检测：根据现场的煤气组分，初步确定初始混合气体的组分为H2:13-15%, CO2:15-17%, CO:8-10%, CH4:1.5-2%, N2为载气。混合气体在通入反应器之前以及经过反应器之后都要进行色谱分析，用以确定混合气体中各个组分的具体含量。 4. 空白试验：为了更好的确定粉煤灰对CO变换反应的催化效果，首先要进行空白试验。具体方法为，使用不加有任何试验样品的空石英管作为反应器，进行不同温度下的CO变换反应试验。混合气体组分为H2:13-15%, CO2:15-17%, CO:8-10%, CH4:1.5-2%, N2为载气，气体流量控制在2L/min，CO/水蒸气的比例为1:1，温度区间控制在100-600°，检测进出口端气体组分，做出气体各组分的转化率随温度曲线。 5．样品催化活性试验：按照上述的样品用量、试验装置进行样品催化活性的试验。混合气体组分为H2:13-15%, CO2:15-17%, CO:8-10%, CH4:1.5-2%, N2为载气，气体流量控制在2L/min，CO/水蒸气的比例为1:1，温度区间控制在100-600°，检测进出口端气体组分，做出气体各组分的转化率随温度