低温下铁和氧化铁催化剂催化尾氯脱氢性能的研究

发布时间：2017-12-13 08:02

  本文关键词：低温下铁和氧化铁催化剂催化尾氯脱氢性能的研究

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【摘要】：氯碱工业在我国工业中占据着十分关键的位置,同时,我国氯碱产量一直稳居世界前列,传统电解生产方法生成的尾氯成分复杂,因含有氢气,使尾氯的后续处理和应用存在安全风险,氢气的浓度超出4%时会发生爆炸,所以安全脱除尾氯中的氢气成为氯碱行业十分关键的问题。本次研究按照工业上尾氯含量组成即Cl_2(65%~80%),O_2(8%~10%),H_2(1.5%~4%)和少量N_2,进行配制反应气,选用固定床反应装置进行反应,采用廉价物质铁和氧化铁作为催化剂,在脱氢实验过程中通过催化氢气与混合气中其它两种气体氯气和氧气反应来实现安全除氢的目的。由于铁和氧化铁性质活泼,在反应体系容易发生氯化,所以本实验在探究脱氢反应性能的同时也探索了氯化铁的生成量。根据实验结果能够得到以下结论:一、作为催化尾氯脱氢催化剂,铁粉和80-100目铁催化剂具有较好的催化性能,两者在尾氯脱氢性能上具有相似的催化特点:催化脱氢反应时,催化效果起始较好,110℃下反应时,氢气转化率能达到99%,但氢气转化率下降较快,反应240 min后,氢气转化率变为67%,在较低温度下氢氯反应选择性高,较高温下氢氧反应选择性高。二、分子筛、活性炭、吸水树脂三种物质以铁为基准分别按照一定的百分比与铁机械混合进行催化尾氯脱氢,结果表明,与铁粉机械混合时,分子筛在50%时催化效果最好,达到74.61%,活性炭100%时达到最佳值90.61%,吸水树脂100%时达到85.38%。与80-100目铁机械混合时,分子筛50%时氢气转化率达到84.02%,活性炭100%时达到85.63%,吸水树脂150%时达到82.35%。从整体上看,与铁粉机械混合后催化活性为:活性炭吸水树脂分子筛,与80-100目铁机械混合后,三种物质含量低于100%时,与分子筛混合催化活性好,含量高于100%,与活性炭混合效果最佳。三、氧化铁分别从非负载和负载型两方面进行探究,结果显示,Fe_2O_3/Al_2O_3催化剂催化效果优于Fe_2O_3催化剂,稳定性也要高于非负载氧化铁。在选择性方面都呈现出氢氯反应选择性高于氢氧反应选择性。Fe_2O_3催化剂催化尾氯脱氢时70℃时氢气转化率为75.56%,Fe_2O_3/Al_2O_3催化剂催化脱氢反应时最佳反应条件为:负载量3%,焙烧温度500℃,反应温度70℃,此时氢气转化率达到84.11%。根据XRD、XPS、SEM、N2吸附脱附表征显示,氧化铁在载体表面分散性好,载体基本稳定未发生改变,反应后催化剂表面变粗糙。四、铁催化剂催化脱氢反应时会发生氯化生成氯化铁和氯化亚铁,铁粉反应240 min后,氯化铁生成量为35%-45%,氯化亚铁为8%-10%,80-100目铁反应后,氯化铁生成量为23%-32%,氯化亚铁为7%-10%。氧化铁在参与催化尾氯脱氢后只氯化为少量氯化铁,大约11%。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ114;O643.36

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本文编号：1284369