氯化铵甲醇法氯甲烷合成流化床反应器中试验研究

论文摘要

纯碱是重要的基础化工原料,氯化铵是联碱法生产纯碱的副产物,2009年我国副产氯化铵820万吨,占世界总产量的95%,其主要应用在农业上。氯化铵中氯的质量分数为66%,但氯仅属于微量元素,过多就会危害农作物,并且氯化铵的工业用量很小。大量氯化铵直接堆放在环境中,既对当地土壤造成危害,又对当地的水资源和空气都会造成严重的污染。因此,研究氯化铵转化,将低附加值的氯化铵转化为氨气和氯化氢,解决联碱过程副产氯化铵的出路问题就显得尤为重要。本课题组自2005年起对甲醇氯化铵反应进行研究.小试实验筛选了催化剂并进行工艺条件的探索。本论文是在小试的基础上进行中试放大实验,着力解决放大过程中遇到的工程问题。本论文在进行反应过程分析的基础上,设计并完善了反应的原则流程,设计并搭建了中试实验流化床反应器、用于制备每批次15kg催化剂的滚筒装置和再生催化剂的流化鼓泡床反应器。在热态实验中解决了氯化铵固体进料、出口管路堵塞、反应热量不足等工程问题,改进了中试流化床反应器。经中试实验验证,改进后的中试流化床反应器可以实现连续稳定操作6h以上在中试实验装置上开展热态实验研究,探讨了温度、进料比等因素对中试催化剂积碳的影响,通过催化剂的再生.验证了催化剂可以长期稳定使用;探索了该反应得最佳操作条件：即温度在350°C～370℃之间,反应物进料甲醇：氯化铵为1.1～1.3：1,空速330min-1,反应时间在2～4h内.氯甲烷对甲醇的收率最高,可达87.1%。用进出口碳平衡对反应进行一致性检验,结果表明,中试反应的碳平衡高于93%,基本满足工业需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 氯化铵的特点
• 1.3 氯化铵应用技术研究
• 1.3.1 与无机盐或氧化物反应制备氨气
• 1.3.2 与有机物反应制备氯化物和氨气
• 1.4 甲醇氯化铵反应的国内外研究进展
• 1.5 课题组小试实验研究基础
• 1.6 中试放大实验的必要性
• 1.7 本论文主要研究内容
• 1.8 小结
• 第2章 中试装置的设计和搭建
• 2.1 工艺流程的设计
• 2.1.1 反应热力学分析
• 2.1.2 反应过程分析
• 2.1.3 反应产物分离
• 2.1.4 反应原则流程
• 2.2 反应设备的设计和搭建
• 2.2.1 流化床反应器的设计
• 2.2.2 流化床反应器的计算
• 2.2.3 流化床反应器的搭建
• 2.2.4 流化床反应器的改进
• 2.3 气体取样口的设计
• 2.3.1 取样分析方法的建立
• 2.3.2 取样装置的设计和搭建
• 2.4 分析方法的建立
• 2.4.1 气相产物分析方法
• 2.4.2 液相产物分析方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 固体进料器的设计和搭建
• 3.1 固体进料器及其改进
• 3.1.1 单螺旋进料器的设计和安装
• 3.1.2 双螺旋进料器的设计和安装
• 3.1.3 气力输送进料
• 3.1.4 挤压式气力输送装置
• 3.2 固体进料器改动的原因分析
• 3.3 氯化铵加热粘结模拟实验
• 3.3.1 氯化铵加热粘结模拟实验的设计
• 3.3.2 氯化铵加热粘结模拟实验装置
• 3.4 氯化铵加热粘结模拟实验的结论
• 3.4.1 对照实验
• 3.4.2 温度对氯化铵粘结的影响
• 3.4.3 焙烧时间对氯化铵粘结的影响
• 3.4.4 氯化铵加热粘结模拟实验结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 中试催化剂的制备及其性能研究
• 4.1 催化剂制备装置的设计和搭建
• 4.1.1 催化剂制备方法
• 4.1.2 催化剂制备装置的设计和搭建
• 4.1.3 中试催化剂的制备和表征
• 4.2 中试催化剂积碳分析
• 4.2.1 催化剂积碳的基本原理
• 4.2.2 温度对催化剂积碳的影响
• 4.2.3 进料比对催化剂积碳的影响
• 4.2.4 反应时间对催化剂积碳的影响
• 4.3 催化剂再生装置的设计和搭建
• 4.3.1 催化剂失活
• 4.3.2 中试催化剂失活原因的探讨
• 4.3.3 中试催化剂再生装置的设计
• 4.3.4 流化鼓泡床的计算
• 4.3.5 中试催化剂再生装置的搭建
• 4.4 中试催化剂再生实验研究
• 4.4.1 催化剂再生原理
• 4.4.2 中试催化剂再生方法
• 4.4.3 催化剂再生实验
• 4.4.4 催化剂再生结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 热态中试实验研究
• 5.1 热态中试实验
• 5.1.1 热态中试实验的设备及原料
• 5.1.2 热态中试反应流程
• 5.1.3 中试产物分析
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 温度对反应的影响
• 5.2.2 进料比对反应的影响
• 5.2.3 空速对反应的影响
• 5.2.4 时间对反应的影响
• 5.3 实验一致性检验
• 5.3.1 一致性检验的原则
• 5.3.2 一致性检验的原则
• 5.3.3 反应一致性检验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文及获奖情况
• 致谢