铁基费托合成催化剂的化学磨损研究

发布时间：2020-10-29 06:28

　　 费托(Fischer-Tropsch,F-T)合成技术可以将CO和H2转化为长链烃和含氧化物,是煤炭、天然气以及生物质转化制取清洁液体燃料的重要途径。相对于钴基催化剂,铁基费托合成催化剂由于其价格低廉、活性高、目标产物选择性高等优点而被大规模工业化应用。浆态床反应器由于其反应热易扩散、床层压降小和催化剂易装卸等优点,被广泛应用于工业生产。但是,浆态床反应器对催化剂耐磨损强度有很高要求,一方面浆态床反应器中催化剂磨损会导致催化剂的流失,是催化剂失活的重要原因之一;另一方面,催化剂的磨损会导致过滤器堵塞,影响催化剂与蜡产物的在线分离。因此,抗磨损铁基费托合成催化剂的研究与开发就成了一个重要的课题。随着反应的进行,催化剂的物相和性质发生了一系列变化,催化剂的强度也随之改变,我们称之为化学磨损。催化剂的抗化学磨损强度很大程度决定了反应过程中催化剂的磨损程度。本论文研究了不同预处理条件对催化剂强度的影响。并采用多种表征手段揭示预处理条件对催化剂物相结构和织构性质等的影响规律。在此基础上,找出影响催化剂化学磨损的内在原因,为催化剂组成和预处理优化、反应工艺优化提供基础支持。论文主要工作及相关结论如下:在高强度铁基费托合成模型催化剂的研究中,在低温低空速下,随着预处理时间的增加,催化剂碳化和积碳程度增加,催化剂宏观尺寸收缩,比表面积、孔容和孔径降低,强度增加;提高预处理温度,催化剂碳化和积碳程度增加,颗粒尺寸收缩程度增加,强度增加。在低强度铁基费托合成模型催化剂的研究中,同时提高了空速和预处理时间,催化剂碳化程度在增加到一定水平后将保持稳定,其积碳程度一直在增加,催化剂颗粒尺寸先收缩后膨胀,催化剂强度先增加后降低。根据以上结果,找出了预处理过程中影响催化剂化学磨损的内在原因。在预处理初期,碳化过程占主导,催化剂体积收缩,粒度降低,强度增加;在预处理后期,积碳过程占主导,催化剂体积膨胀,粒度增加,强度降低。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ426.94;TQ529.2
【部分图文】：

Ｋａｌａｋｋａｄ?（１９９５）的研宄表明，磨损导致浆态床粘度增加，堵塞过滤器，过滤难??度提高；催化剂的磨损分为两个尺度…微米尺度（物理磨损）和纳米尺度（化学磨损）；??催化剂在碳化过程中发生了明显的相变，见图１．１，?４００?°Ｃ碳化后，催化剂积碳非常严??重，相变，积碳是造成催化剂磨损的重要原因。??Ｚｈａｏ?（２００１ａ，ｂ）研宄Ｓｉ０２载体对铁基催化剂抗磨损性能的影响，发现Ｓｉ０２的??添加方式，粘合剂或载体的含量对催化剂的抗磨损性能有很大的影响，见图１．２因为??Ｓｉ０２的添加方式和含量会影响到催化剂的大孔孔容，颗粒密度和Ｓｉ０２的骨架结构，这??些因素相互作用共同影响催化剂的抗磨损性能。Ｓｉ０２含量较少的催化剂（＜９ｗｔ％）经??过ＣＯ碳化后，会发生破裂，Ｓｉ０２含量较多的催化剂则没有检测到这种现象。??Ｃ：?（ｔｓｕｋｓ??Ｃ??ＩＴＩ：?｜??ｑ，；?ｆｉｆｔｈｓ?Ｏｆｆ??ｃｃ?！ｌ?ｃ?Ｓａｍｐｌｅ?ｅｘｐｏｓｅｄ?ｔｏ??ｗ?ｃｏａｔ４０〇！ｃ??ｍ??Ｔ?Ｓａｍｐｌｅ?ｅｘｐｏｓｅｄ?ｔｏ??ＣＯ?ａｔ?２ｍ??ａ?ａ??Ｉ?］?ａ?Ａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄ??ａ?１?；?＂?Ｉ?ｃａｔａｌｙｓｔ??ｔＳ?欲?２￥總３５?铂鵪明?铋铋終?期??图１．１不同温度预处理后催化剂的ＸＲＤ谱图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１

算比表面积，基于Ｋｅｌｖｉｎ方程用Ｂａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－?Ｈａｌｅｎｄａ?（ＢＪＨ）方法计算孔径分布曲线。??２．３．２扫描电子显微镜（ＳＥ吣??本文采用ＦＥＩ公司Ｑｕａｎｔａ?４００ＦＥＧ型场发射扫描电子显微镜（如图２．１）观察催化剂??的表面形貌。??１３??

２．３．８催化剂强度??催化剂强度采用意大利Ｍａ．?Ｔｅｃ．公司的Ａｔｔｒｉｂ系列空气喷射磨耗仪进行测试。测??试过程符合美国ＡＳＴＭＤ５７５７标准。磨耗仪的结构如示意图２．２所示，磨耗仪由磨耗??管、沉降室和收集阱组成。选取８０－２００目催化剂样品５０ｇ平铺于表面皿上，将装有??样品的表面皿置于底部有饱和氯化钙溶液的干燥器中潮解１６?ｈ，以减弱测试中产生的??静电。将潮解后的样品加入磨耗管内，顶部插入重量为ｍｏ＇的收集阱，通入湿度为２０％??的空气，空气流量为１０?Ｌ／ｍｉｎ，催化剂在磨耗管中与管壁碰撞及互相碰撞，产生的碎??片被吹入沉降室，更小的催化剂粉尘在沉降室中上升，最终被收集阱收集。１小时后??取下收集阱称重，记为ｒｍ，插入收集阱继续磨耗４?ｈ，称取收集阱的重量记为１１１５，最??后磨耗管中取出催化剂重量记为ｍｒ。最终的
【参考文献】

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本文编号：2860522