快速接觸催化重整乙烷的試驗研究.pdf

1、氫氣（H2）、乙烯（C2H4）、合成氣（CO與H2的混合氣）等作為化工原料氣在工業(yè)生產(chǎn)和能源領(lǐng)域起到重要作用。烴類催化重整是獲得氫氣、合成氣和乙烯的重要方法。天然氣是以甲烷為主，伴有乙烷、丙烷等多種烴類化合物的混合氣體，乙烷快速催化重整對天然氣催化重整技術(shù)是一個重要補充。本文采用貴金屬和對毫秒級快速接觸重整技術(shù)對乙烷催化重整做了較為詳細的試驗研究。主要研究工作和結(jié)論：
　　(1)研究了Pt-SCTR的反應(yīng)規(guī)律。通過控制C2H6/O

2、2、N2稀釋率、總流量（保留時間）、外部加熱溫度等，研究了這些變量對產(chǎn)物中成分的影響。結(jié)果表明：C2H6/O2是影響C2H4和合成氣選擇性的最重要因素, C2H6/O2較低時合成氣選擇性較高，C2H6/O2較高時，C2H4選擇性上升。N2稀釋率主要通過影響溫度來影響反應(yīng)，溫度同時對表面催化和氣相氧化起作用，但是對氣相氧化的影響更大。當N2稀釋率升高時，反應(yīng)溫度降低，C2H4的選擇性增加。溫度對表面催化的影響又可分為兩個方面，一是對催化氧

3、化的影響，二是對吸熱的的催化水蒸氣重整和CO2重整產(chǎn)生影響。流量主要影響保留時間和溫度，在C2H6/O2=2, N2稀釋率為60％，4SLPM下合成氣的選擇性最高（CO：70%；H2：40%）。反應(yīng)氣體預加熱可提高反應(yīng)器中的溫度，促進C2H4被氧化成為C2H2、CH4、和合成氣。研究發(fā)現(xiàn) Pt-SCTR主要符合間接反應(yīng)特征，即在催化部分可分成兩個區(qū)域，第一區(qū)域發(fā)生完全燃燒或者部分氧化反應(yīng)，第二區(qū)域發(fā)生水蒸氣重整和CO2重整。
　　

4、（2）研究了Rh-SCTR的反應(yīng)規(guī)律，進一步對快速接觸重整的性質(zhì)和機理有了深入的認識。研究發(fā)現(xiàn)，氣相反應(yīng)在SCTR中的影響不可忽視，氣相反應(yīng)的兩個主導反應(yīng)是：乙烷部分氧化脫氫生成合成氣的反應(yīng)和乙烷部分氧化生成乙烯和H2O的反應(yīng)。此兩個反應(yīng)的發(fā)生程度主要和C2H6/O2以及溫度有關(guān)。C2H6/O2、N2稀釋率和流量對Rh-SCTR的影響規(guī)律與對Pt-SCTR的影響規(guī)律相似，一方面是因為同為貴金屬，其反應(yīng)表面反應(yīng)機理有相似之處；另一方面因為

5、C2H4、C2H2以及合成氣的產(chǎn)生主要源于氣相反應(yīng)。與Pt相比，Rh催化下C2H6和O2的轉(zhuǎn)化率都較低，但合成氣選擇性較高，而C2H2、CH4以及C2H4的選擇性較低。Rh與Pt的區(qū)別主要在于在催化劑表面，Rh不利于β-H的脫附，中間粒子容易被氧化成為合成氣；而且由于這些中間粒子一直保持高能狀態(tài)，容易與水蒸氣相結(jié)合，發(fā)生水蒸氣重整，而且即使已經(jīng)脫附的碳氫化合物分子，也容易在Rh催化下發(fā)生水蒸氣重整。
　　（3）研究了LaMnO3-

6、SCTR的反應(yīng)規(guī)律。研究表明，由于氣相反應(yīng)在SCTR中的作用不可忽視, LaMnO3-SCTR中產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系仍然與Pt、Rh有相似之處，但是 LaMnO3的催化起燃活性較高，表面催化產(chǎn)生的CH4較多，因此總的CH4的選擇性受反應(yīng)器中溫度的影響較弱。研究發(fā)現(xiàn)，LaMnO3催化下的最高溫度出現(xiàn)在催化劑床層后面（20mm后），而貴金屬催化下的最高溫度一般在催化劑床層內(nèi)部（10mm~20mm），說明除去起燃過程，貴金屬SCTR中多相表面催化作