低温下铜和氧化铜催化剂催化尾氯脱除氢气性能的研究

发布时间：2020-07-05 17:43

【摘要】：氯碱工业在我国乃至全世界工业发展中都起着十分重要的作用。我国氯碱工业发展突飞猛进,其氯碱产量现已稳居世界第一。但从氯碱工业开始发展时就一直存在尾氯的问题,尾氯是将氯气压缩液化制备液氯时富集产生的混合气,主要含有氯气、氮气、氧气及氢气,因氢气(体积分数约4%)的存在容易发生爆炸的危险而成为尾氯处理中最大的安全隐患。因此关于如何安全有效除去尾氯中混有的氢气一直被广大研究者关注。本实验按工业上尾氯组成及含量进行配制混合反应气,即:Cl_2(65%~80%),N_2(6~16%),O_2(8%~10%),H_2(1.5%~4%)。使用固定床反应器,采用廉价物质铜及氧化铜作为催化剂,通过催化氢气与氧气、氯气两种气体反应以达到安全、有效地脱除氢气的目的。由实验有以下结论:一.铜作为催化剂时催化氢氯反应的选择性大于氢氧反应的选择性。在测定范围内100-120目的铜催化剂在110℃催化反应时效果最佳,平均氢气转化率为89.79%。铜与氧化铝、活性炭等机械混合的催化剂催化效果大小顺序为:氧化铝吸水树脂二氧化硅活性炭分子筛。二、CuO/Al_2O_3催化剂催化尾氯脱除氢气反应时其稳定性和催化性能均优于单纯氧化铜催化剂,CuO/Al_2O_3催化剂在活性组分为8%,焙烧温度550℃,反应温度110℃时催化效果最佳,氢气平均转化率为90.03%,且氢氯反应的选择性大于氢氧反应的选择性。三、对于铜催化剂,通过EDS、SEM、XRD表征可以断定反应后部分铜催化剂被氯化成氯化亚铜。对于负载氧化铜催化剂,EDS表征发现负载后多了铜元素,但负载后XRD表征分析没有检测到氧化铜的特征峰,表明氧化铜在载体上高度分散。由SEM表征发现负载催化剂反应后表面凸凹不平,有腐蚀的痕迹,且XRD表征中与反应前比多出了氯化铜的特征峰,表明负载催化剂中活性组分为氧化铜且部分氧化铜被氯化为氯化铜。另外由N_2吸附脱附表征发现氧化铝负载氧化铜在反应前后其孔径与表面积都没有较大的变化说明该催化剂具有一定的稳定性。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ114
【图文】：

实验室制法,离子膜电解,饱和食盐水,氯气

图 1-1 氯气的实验室制法Figure 1-1 Laboratory method of chlorine gas上制备氯气是采用较为成熟的离子膜电解饱和食盐水的办法：2NaCl+2H2O→NaOH+Cl2↑+H2↑

平均转化率,铜粉,脱除,氢气

图 4-2 不同反应温度下铜粉催化脱除氢气的氢气平均转化率The average conversion rate of hydrogen catalyzed by copper powder at difftemperatures1 及 4-2 两图均可明显看出在反应温度为 110℃是反应催化脱氢气平均转化率为 89.4%，无论是氢气的反应起始转化率还是比都达到最高；从两图我们还可以看出，在各个温度下反应脱势都是持续在下降，这多半是因为以铜为催化剂催化反应时，催化氢氧与氢氯反应，而随着反应的进行部分铜粉被氯化和氧粒的表面，加之反应催化氢氧与氢氯反应生成氯化氢与水，进化剂表面的催化活性甚至使得部分催化剂失活从而降低了氢气反应温度高于 100℃时，铜粉催化反应脱除氢气的起始转化率时的氢气转化率，即在不同反应温度时催化剂催化脱除氢气是因为随着温度地增加，反应气体分子运动速度加快，气体分碰撞的次数增加，进而提高了催化脱除氢气的总转化率。而且

【相似文献】