基于化学链耦合的吸附增强式合成气脱碳过程的研究
传统合成氨原料气的脱碳过程通常采用CO中低温变换、CO2脱除和甲烷化等工艺来对其中的CO和CO2进行脱除,不仅流程复杂,而且能耗高。本文采用基于化学链耦合的吸附增强式脱碳原理,即铁触媒的还原.氧化化学链与吸附剂吸附-解吸化学链耦合,实现合成气的脱碳与固体混合物的再生。为增强吸附剂的吸附性能,通过添加过渡金属氧化物(MV)来对CaO吸附剂进行改性,制得一种改性钙基吸附剂(简称MV-CaO),并对MV-CaO吸附剂的吸附和再生性能进行了考察。在此基础上,采用铁触媒为载氧剂和催化剂,MV-CaO为吸附剂,在固定床反应器中,系统研究了合成气脱碳阶段中原料气流...
传统合成氨原料气的脱碳过程通常采用CO中低温变换、CO2脱除和甲烷化等工艺来对其中的CO和CO2进行脱除,不仅流程复杂,而且能耗高。本文采用基于化学链耦合的吸附增强式脱碳原理,即铁触媒的还原.氧化化学链与吸附剂吸附-解吸化学链耦合,实现合成气的脱碳与固体混合物的再生。为增强吸附剂的吸附性能,通过添加过渡金属氧化物(MV)来对CaO吸附剂进行改性,制得一种改性钙基吸附剂(简称MV-CaO),并对MV-CaO吸附剂的吸附和再生性能进行了考察。在此基础上,采用铁触媒为载氧剂和催化剂,MV-CaO为吸附剂,在固定床反应器中,系统研究了合成气脱碳阶段中原料气流量、温度、吸附剂与铁触媒质量比、水蒸气与合成气摩尔比(简称汽气比)等因素对脱碳效果的影响,考察了固体再生阶段固体混合物的热耦合作用、再生温度、载气通入方式等因素对再生效果的影响,优选了脱碳和再生阶段的工艺条件,并进行多次脱碳-再生循环操作,以考察系统的稳定性。研究结果如下:
   MV-CaO吸附剂比纯CaO具有更强的吸附能力,当改性剂含量为1.97wt.%时,脱碳效果最好,改性剂(MV)的添加对CO2的吸附和解吸具有催化作用。
   在合成气脱碳阶段,适宜的工艺条件为:温度为550℃,压力为0.1MPa,合成气流量为40mL/min,汽气比为7:1,吸附剂和铁触媒质量比为2:1,在此条件下,单位质量催化剂对合成气的单程处理能力为0.70L/g,吸附剂的碳酸化率为37.20%,合成气中的CO和CO2可被完全脱除。
   在固体再生阶段,铁触媒氧化放出的热量能够促进吸附剂碳酸盐的热分解,并且有效缩短了碳酸盐煅烧时间,实现了铁触媒氧化与吸附剂解吸再生的热耦合;固体再生的最适宜的温度为850℃;采用两段式的载气输入方式,可确保铁触媒的氧化率在98%以上,吸附剂碳酸盐的分解率达到94%以上,固体再生在90min内完成。
   通过13次循环试验发现,在循环3次之后,系统的脱碳能力开始出现明显的下降趋势,直至第7次循环,重新达到稳定,但是系统的最终吸附剂再生率稳定在94%以上,说明再生后的吸附剂脱附性能稳定,能够重复使用。系统脱碳能力下降的因为,可能与吸附剂在高温下烧结,导致物理结构变化所致。
展开
作者: 开声银
学科专业: 化学工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 华东理工大学
导师姓名: 乐清华
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TE665.3