霍加拉特催化剂上乙烯催化燃烧动力学的研究

• 作 者: 李鹤
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 乙烯 催化燃烧 本征动力学 宏观动力学

通过催化燃烧的方法，对大乙烯联合企业的乙烯氧化生产环氧乙烷装置排放的二氧化碳尾气进行净化，可以回收食品级的二氧化碳。本课题对本实验室制备的高活性霍加拉特催化剂-CuMn复合氧化物催化剂上的二氧化碳气流中微量乙烯完全燃烧的动力学进行了考察，同时对乙烯催化燃烧的反应机理进行深入了的分析。本文还对工业粒度的催化剂进行了侧线分析，为该催化剂的工业应用提供了数据和计算基础。进行了铜锰复合氧化物催化剂的放大制备。用工业级原料，按实验室确定的制备步骤，在2000L反应釜中进行了催化剂的共沉淀制备，得到中试量级的催化燃烧催化剂，并对其进行挤条成型。在实验室进行了活性试验以及XRD和BET等表征，结果表明中试样品与小试样品在活性上没有明显变化，催化剂组成和比表面积等符合预期。这说明中试工艺的条件是适用的。采用中试样品进行了催化剂本征动力学研究。在排除内外扩散影响的前提下，获得了本征动力学反应数据，通过单纯形法进行数据回归分析，比较了Powerrate law、Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal以及Mars-van Krevelen等反应动力学模型。进行了模型的优化筛选，表明Mars-van Krevelen模型符合我们获得的实测动力学数据，适用于微量乙烯催化燃烧的动力学描述。结合催化剂的原位红外表征，进行了催化反应机理的讨论。在工业侧线上进行了催化剂的中试以及反应条件优化的研究。在工业侧线上测试了催化剂的活性和稳定性，获得了催化剂工业粒度的中试活性数据。结合本征动力学方程，计算了工业粒度催化剂的在侧线反应器中的效率因子，进而获得了催化剂工业应用的工艺条件。本文还讨论了催化剂失活的原因。