学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

石油焦气化反应特性及动力学研究

作　者: 于德平
导　师: 杨运泉
学　校: 湘潭大学
专　业: 化学工程
关键词: 石油焦造纸黑液催化气化反应动力学
分类号: TE624.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 55次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着世界原油重质化与劣质化和原油加工深度的进展，石油焦作为石油延迟焦化加工的最终产物，其产量大量增加，如何合理有效地利用石油焦成为急需解决的问题。以石油焦为原料气化，生产合成气（CO+H₂）是石油焦高效清洁利用的有效途径。为此，本文在热重分析仪、流化床及微型流化床反应分析仪上对石油焦的气化反应特性及动力学进行了研究，主要研究内容和结果如下：（1）应用热重分析仪研究石油焦CO₂气化反应特性，结果表明：石油焦CO₂气化反应活性较差，远远低于府谷煤，甚至低于石墨。石油焦的BET、SEM、XRD和FT-IR分析结果表明，导致石油焦气化活性较低的主要原因是石油焦的孔隙结构不发达、比表面积小、碳石墨化程度高、芳香度高。造纸黑液可以显著提高石油焦CO₂气化活性，其催化效果稍差于K₂CO₃和Na₂CO₃，但是优于CaO。石油焦添加10%的造纸黑液之后，气化反应活性与府谷煤相当，说明造纸黑液是一种有效的石油焦气化催化剂。（2）在流化床反应器中，考察造纸黑液催化石油焦水蒸汽气化反应特性，结果表明：造纸黑液不仅能够显著提高石油焦水蒸汽气化反应活性，还能大幅提高气化气中的H₂含量。造纸黑液添加量为10%时催化效果较好，达到相同的气化反应速率时反应温度比纯石油焦气化低200℃左右，在相同反应温度下气化反应速率提高5倍左右，提高气化气中H₂含量约8个百分点。石油焦催化气化解决了石油焦低温气化反应活性低，高温气化H₂产率低的矛盾。黑液中的碱金属等活性组分通过打断石油焦的C=C键而破坏石油焦的芳香结构，同时与石油焦中的碳结合生成反应活性较高的碳氧复合物C（O），从而提高气化反应速率。碱金属还促进了水煤气变换和甲烷水蒸汽重整反应，使得H₂的生成量增多。（3）运用微型流化床反应分析仪研究石油焦-CO₂、石油焦-水蒸汽、石油焦-水蒸汽/氧气非催化与催化气化的反应特性，并求取了不同反应体系的动力学数据。结果表明：石油焦在这三种气氛中，气化反应速率均随着温度的升高而加快。石油焦的粒径越小，气化反应速率越快。石油焦水蒸汽的气化反应活性高于石油焦-CO₂反应，在相同的反应条件下，石油焦水蒸汽的气化反应速率是石油焦-CO₂反应的4倍左右。气化过程中加入一定量的氧气，可以加快石油焦水蒸汽的气化反应速率。缩核模型能够较好地描述石油焦气化的动力学特性，石油焦-CO₂、石油焦-水蒸汽、石油焦-水蒸汽/氧气非催化气化的活化能分别为186.50、120.04与100.43kJ/mol。加入造纸黑液之后，石油焦催化气化的活化能大幅降低，相应的分别为153.30、76.55与62.97kJ/mol。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
第1章文献综述  11-27
  1.1 石油焦特性  11-13
    1.1.1 石油焦性质  11
    1.1.2 石油焦种类  11-12
    1.1.3 石油焦形成机理  12-13
  1.2 石油焦生产及应用  13-14
    1.2.1 生产现状  13-14
    1.2.2 利用方式  14
  1.3 石油焦气化研究  14-22
    1.3.1 气化基本原理及工艺技术  14-16
    1.3.2 催化剂及催化机理研究进展  16-20
    1.3.3 石油焦气化研究进展  20-22
  1.4 气化动力学的研究  22-26
    1.4.1 分析仪器介绍  22-24
    1.4.2 气化动力学模型  24-26
  1.5 本文研究目的和意义  26-27
第2章热重中石油焦-CO_2气化特性研究  27-40
  2.1 实验材料与仪器  27-28
  2.2 实验方法  28-30
    2.2.1 实验样品制备  28-29
    2.2.2 石油焦-CO_2气化过程  29
    2.2.3 数据处理  29-30
  2.3 石油焦-CO_2非催化气化特性  30-34
    2.3.1 气化反应特性  30-31
    2.3.2 石油焦表征及气化特性原因分析  31-33
    2.3.3 气化温度对非催化气化影响  33-34
  2.4 石油焦-CO_2催化气化特性  34-39
    2.4.1 造纸黑液与其他催化剂催化活性比较  34-35
    2.4.2 造纸黑液负载方式对催化气化影响  35-36
    2.4.3 造纸黑液添加量对催化气化影响  36-38
    2.4.4 气化温度对催化气化影响  38-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章流化床中石油焦水蒸汽气化特性研究  40-52
  3.1 实验材料与仪器  40
  3.2 实验方法  40-43
    3.2.1 实验样品制备  40-41
    3.2.2 石油焦水蒸汽气化过程  41-42
    3.2.3 数据处理  42-43
  3.3 造纸黑液添加量对石油焦水蒸汽气化特性影响  43-44
    3.3.1 气化碳转化率  43
    3.3.2 气化气体组成  43-44
  3.4 气化温度对石油焦水蒸汽气化特性影响  44-48
    3.4.1 气化碳转化率  44-45
    3.4.2 气化气体组成及产率  45-47
    3.4.3 CO 和 CO_2的气化选择性  47-48
  3.5 造纸黑液催化石油焦水蒸汽气化反应机理  48-51
    3.5.1 气体生成规律研究  48-50
    3.5.2 气化残焦 FT-IR 分析  50-51
  3.6 本章小结  51-52
第4章微型流化床中石油焦气化动力学研究  52-68
  4.1 实验材料与仪器  52
  4.2 实验方法  52-55
    4.2.1 实验样品制备  52-53
    4.2.2 MFBRA 中石油焦气化过程  53-54
    4.2.3 数据处理  54-55
  4.3 石油焦-CO_2气化  55-59
    4.3.1 气化反应温度及粒径考察  55-57
    4.3.2 气化动力学模型及参数求取  57-59
  4.4 石油焦水蒸汽气化  59-63
    4.4.1 气化反应温度及粒径考察  59-61
    4.4.2 石油焦水蒸汽气化与 CO_2气化特性比较  61
    4.4.3 气化动力学模型及参数求取  61-63
  4.5 石油焦-水蒸汽/氧气气化  63-67
    4.5.1 氧气添加比例  64-65
    4.5.2 气化反应温度  65-66
    4.5.3 气化动力学模型及参数求取  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第5章结论与展望  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  75

石油焦气化反应特性及动力学研究

内容摘要

全文目录

相似论文