粉煤灰催化CO变换反应

1、粉煤灰催化CO变换反应(1)一、实验目的：验证粉煤灰对反应CO+H2O =CO2+H2的催化效果，阐述粉煤灰 对CO变换反应的催化机理。模拟试验现场，考察不同的物理条件对粉煤灰催化 效果的影响。二、实验原理：C或换反应是一个等摩尔可逆放热反应。CO+H2O =CO2+H2 AHo298K=-40.6kJ/mol(1)人们对该反应进行了广泛深入的研究。但对其反应机理至今仍为达成一致，主要 分两种看法。(a)反应中有甲酸根离子中间产物生成，反应机理可表示为：CO 匚)COad(2)H2O2 二> Had OHad(3)OHadCOad> HCOOad (4)HCOOad： C°

2、;2,adH ad(5)2Had> H22匚(6)(b)氧化-还原机理。等在脉冲实验中观察到了这种机理过程，反应机 理如下：CO 'COad(7)H 2O OadH2(8)COadOad CO22"'(9)CO的变换反应在一定催化剂的催化作用下，可以明显的降低反应温度，提高转化率。目前使用最广泛的催化剂包括 F62O3-AI2O3-2K2O、Cu-Fe-Cr、Cu-Mn、 过渡金属氧化物以及稀土金属氧化物。 根据内蒙古自治区察哈尔右翼前旗玫瑰 营煤田弓沟勘查区煤炭资源精查报告中叙述，试验区的煤灰里含有很多金属元 素，其中还包括鍺、嫁、钒等微量元素，从理论上分析，

3、在灰分中 Fe2O3、A2O3、 K2O、Na2O以及钒，都能起到催化剂的作用(具体内容见“CO转化反应调研”)。 从现场的实际情况来看，根据3月16日13:00这个时间段的气化炉的运行参数来分 析，气化通道内的粉煤灰客观上已经起到了 CO变换反应催化剂的作用(详细内 容见“三带分布计算”)。本次试验将针对现场的工艺参数重点研究粉煤灰对 CO 变换反应的催化效果，总结规律，为今后的实际生产，提供试验依据。、实验仪器:根据现场的实际情况，CO变换反应主要发生在进气列(D4-27#-28#)阶段， 根据燃煤量来近似计算，通道宽度为8m高度为5m，现场进气流量在400CNm3/h 左右，通过计算通道

4、内气体的流速在1.67m/min左右。根据上述的现场实际情况，50mm进气流量控制在2L/min，催化剂用量大约在80克左右。如下图:反 应 后 混 合 气1.5m本次试验使用内径为40mm勺石英管作为反应器，催化剂床层长上图是管式炉的照片，该管式炉可程序升温到 800°，氮气为载气，最大流 量5000ml/min，常压，长1米，内径60mm恒温长度200mm上述的石英管反 应器放入管式炉的炉体中，通过管式炉升温来达到给催化剂床层加热的目的。 四、实验方法：1 粉煤灰样品的制备： 本实验的粉煤灰是选取现场煤样气化以后得到的剩余物。 剩余物要先经过人工处理，具体方法是首先对粉煤灰进行粉

5、碎研磨，然后压片， 使粉煤灰具有一定的强度，接着再进行粉碎和筛分，使粉煤灰的颗粒直径在 0.2mm-0.5mm之间（具体大小视实验室条件而定）。2样品的预处理： 按照上述的试验用量，将试验样品装入试验装置，通入氮气， 进气流量控制在 2L/min ，同时对反应器进行加热，记录样品的温度以及管式炉 显示的温度，考察系统的升温行为。当样品温度达到600°的时候停止加热，继续通入氮气，直至确定样品冷却。3混合气体的准备以及检测： 根据现场的煤气组分，初步确定初始混合气体的组分为 出:13-15%, CO2：15-17%, CO:8-10%, CH4：1.5-2%, N2为载气。混合气体 在

6、通入反应器之前以及经过反应器之后都要进行色谱分析， 用以确定混合气体中 各个组分的具体含量。4. 空白试验： 为了更好的确定粉煤灰对 CO 变换反应的催化效果，首先要进行 空白试验。 具体方法为， 使用不加有任何试验样品的空石英管作为反应器， 进行 不同温度下的 CO 变换反应试验。混合气体组分为H2:13-15%, CO2:15-17%,CO:8-10%, CH4：1.5-2%, N2为载气，气体流量控制在 2L/min，CO/水蒸气的比例 为 1:1 ，温度区间控制在 100-600°，检测进出口端气体组分，做出气体各组分 的转化率随温度曲线。5样品催化活性试验： 按照上述的样品用量、试验装置进行样品催化活性的试 验。混合气体组分为 出:13-15%, CO2：15-17%, CO:8-10%, CH4：1.5-2%, N2 为载气， 气体流量控制在2L/min , CO/水蒸气的比例为1:1，温度区间控制在100-600 °， 检测进出口端气体组分， 做出气体各组分的转化率随温度曲线。 通过与空白试验 曲线对比，计算