Диссертация (1091222), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Также необходимо отметить симбатность и совпадениебольшинства каталитических характеристик для катализаторов КЧ и КЧС-Ц, по-видимомувызванных наличием цеолита в составе катализатора;—сопоставление катализатора КЧ с катализаторами, содержащими скелетный кобальт,показало, что по большинству параметров нанесённый катализатор является более109предпочтительным. Тем не менее, катализатор КЧС-Ц превзошёл КЧ по производительности пожидким углеводородам за счёт более выхода CO2 характерного для нанесённого образца.Для выбора образца с оптимальными каталитическими характеристиками следуетисследовать катализаторы в условиях повышения объёмной скорости синтез-газа.3.3.2. Влияние объёмной скоростиДальнейшие испытания катализаторов проводились при повышении объёмной скорости синтезгаза с шагом кратным 1000 ч-1.
Это сопровождалось подъёмом температуры синтеза до оптимальной дляданного катализатора в этих условиях. На всех графиках приведены данные по испытаниюкатализаторов только для оптимальной температуры синтеза при соответствующей объёмной скорости.Более подробно экспериментальные данные по испытаниям катализаторов при подъёмеобъёмной скорости синтез-газа представлены в таблицах П11 и П12.3.2.2.1.
Нанесённые катализаторыВ данной подглаве рассмотрено влияние объёмной скорости синтез-газа на основныепоказатели СФТ в присутствии нанесённых катализаторов.Для всех образцов (за исключением КЦ) повышение объёмной скорости синтез-газаприводило к снижению конверсии CO. Изменение остальных параметров процесса носило болеесложный характер и было индивидуально для каждого катализатора. Это связано смногофакторностью каталитического эксперимента (изменение одновременно объёмнойскорости и температуры синтеза) для выявления устойчивости работы катализатора в условияхработы при высоких нагрузках по синтез-газу.
При существенном падении целевыхкаталитических характеристик (конверсия CO, производительность и селективность образованияжидких углеводородов) испытания при больших объёмных скоростях синтез-газа не проводили.110(а)(б)111(в)Рисунок 47. – Влияние скорости синтез газа на целевые показатели процесса: конверсия СО (а);селективность образования углеводородов С5+ (б); производительность жидких углеводородов (в)Катализатор КО, не содержащий теплопроводящего компонента, при 1000 ч-1 характеризовалсядостаточно высокой конверсией СО — 73 % (рисунок 47 а).
Повышение нагрузки по синтез-газу до 2000 ч-1практически не повлияло на конверсию СО, однако, дальнейшее повышение скорости газа привело кзначительному её снижению до 47 % при 3000 ч-1 и до 32 % при 4000 ч-1. Селективность образованияуглеводородов С5+ мало зависела от объёмной скорости синтез-газа и составляла 54–59 % (рисунок 47 б).Производительность катализатора по целевым продуктам (углеводородам С5+) составила 95 кг/(м3·ч) при1000 ч-1, а наибольшая производительность была достигнута при 2000–3000 ч-1 и составила 175 кг/(м3·ч)(рисунок 47 в). Дальнейшее повышение скорости синтез-газа привело к значительному снижению целевыхпоказателей процесса, поэтому эксперименты при 5000 и 6000 ч-1 не проводили.Применение чешуйчатого алюминия в качестве теплопроводящего компонента(катализатор КЧ) существенно улучшило характеристики катализатора в синтезе по сравнению скатализатором КО.
Конверсия СО и селективность образования углеводородов С5+ были выше,чем у других испытанных образцов, во всем диапазоне скоростей синтез-газа (1000–6000 ч-1) исоставляли 57–88 % и 61–68 % соответственно (рисунок 47 а, в). Производительность жидкихуглеводородов, достигнутая в присутствии катализатора КЧ, увеличивалась с повышениемскорости синтез-газа со 109 кг/(м3·ч) до 375,2 кг/(м3·ч) при 1000 и 6000 ч-1 соответственно112(рисунок 47 б). Этот катализатор характеризовался наибольшим объемом пор (0,7 см3/г) икоэффициентом теплопроводности (6,85 Вт/(м·К)) среди всех испытанных катализаторов, атакже не наблюдалось существенного изменения содержания теплопроводящего компонента дои после СФТ (24,93 и 22,38 масс.
% соответственно) (см. таблицу 7).Применение сферического алюминия в составе катализатора КС также способствовалоулучшению каталитических характеристик, однако в меньшей степени, чем в случае катализатора КЧ.Конверсия СО в зависимости от объёмной скорости синтез-газа составляла 55–85 % (рисунок 47 а), аселективность образования целевого продукта — 57–65 % (рисунок 47 в). Максимальнаяпроизводительность была существенно ниже полученной в присутствии катализатора КЧ и достигала231,2 кг/(м3·ч) при 6000 ч-1 (рисунок 47 б).
Сравнивая структурные характеристики пористой системыносителей КО и КС, можно предположить, что более низкие значения пористости (0,62 и 0,49) иобъема пор (0,65 и 0,33 см3/г) привели к снижению производительности катализатора и селективностиобразования целевого продукта в результате ухудшения массообмена в гранулах катализатора.Коэффициент теплопроводности катализатора КС существенно превышает аналогичный показательдля КО (1,43 и 0,30 Вт/(м·К)) за счёт применения сферического алюминия в составе композита, однако,это не оказывает решающего влияния на целевые показатели катализатора.Использование дендритов меди в качестве теплопроводящего компонента (катализаторКМ) существенно не повлияло на конверсию СО (50–75 %, рисунок 47 а) по сравнению скатализатором КО.
Однако селективность образования углеводородов С5+ была наименьшейсреди испытанных катализаторов (35–40 %, рисунок 47 в). Образец КМ характеризовалсянаименьшей производительностью во всем диапазоне объёмных скоростей синтез-газа, котораяснижалась с повышением скорости (32,8–56,8 кг/(м3·ч), рисунок 47 б), поэтому испытания прискоростях синтез-газа выше 3000 ч-1 не проводили. Важно отметить, что данный катализаторобладает низкой пористостью (0,55), наименьшим удельным объемом пор (0,28 см3/г) средииспытанных катализаторов и отсутствием металлической меди в составе катализатора до синтеза(см. таблицу 7). Это существенным образом влияет на эффективность тепломассобменныхпроцессов внутри гранулы катализатора.Применение чешуйчатого цинка в составе катализатора (КЦ) оказало негативное влияние нацелевые показатели процесса.
Хотя конверсия СО составляла 66–86 % (рисунок 47 а), селективностьобразования углеводородов С5+ была низкой — 50–57 % (рисунок 47 б). Поэтому производительностьКЦ не превысила 120 кг/(м3·ч) (рисунок 47 в) и была ниже полученной в присутствии катализатора КО.Поскольку наибольшая производительность была достигнута при 2000 ч-1, катализатор КЦ неиспытывали при скоростях газа выше 3000 ч-1. Низкие показатели в СФТ можно связать с низкимсодержанием металлического цинка в составе катализатора до синтеза (6 масс. %), а также малымобъемом пор по сравнению с образцом КО (0,50 и 0,65 см3/г соответственно).113Для нанесённого катализатора на базе гранулированного карбида кремния (КК) конверсияСО составляла 62–71 %, производительность по жидким углеводородам возрастала от 50,4 до186,4 кг/(м3·ч), селективность образования жидких углеводородов не превышала 51 % (рисунок47 а, б, в). Рост конверсии СО при повышении объёмной скорости с 3000 до 4000 ч-1 обусловленинтенсификацией образования газообразных углеводородов С1–С4, а также CO2, за счёт паденияселективности образования жидких углеводородов.
Это может означать, что свыше 3000 ч-1каталитическая система перестаёт справляться с отводом тепла реакции, и коэффициенттеплопроводности гранул, равный 2,83 Вт/(м·К), является недостаточным для эксплуатациикатализатора в данных условиях.(а)114(б)(в)Рисунок 48. – Влияние скорости синтез-газа на образование побочных продуктов процесса:селективность образования метана (а); выход углеводородов С2–С4 (б); СО2 (в)115Результаты по влиянию вида теплопроводящего компонента в составе катализатора наобразование побочных продуктов процесса в зависимости от скорости синтез-газа представлены нарисунке 48. Катализатор сравнения КО характеризовался низкой селективностью образованияметана (17–21 %, рисунок 48 а).
Выход углеводородов С2–С4 составил 26 г/м3 при скорости газа1000 ч-1, увеличение нагрузки привело к снижению этого показателя до 15 г/м3 при 4000 ч-1 (рисунок48 б). Выход диоксида углерода практически не зависел от объемной скорости синтез-газа при 1000–2000 ч-1 (24–26 г/м3, рисунок 48 в), однако дальнейшее увеличение нагрузки привело к его резкомуснижению — до 2 г/м3 при 4000 ч-1.Применение чешуйчатого алюминия в составе катализатора не оказало заметного влияния населективность образования метана, и она составляла 17–22 % во всем диапазоне нагрузки по синтез-газу(рисунок 48 а). Выход углеводородов С2–С4 значительно снизился по сравнению с катализатором, несодержащим теплопроводящего компонента, и практически не зависел от объемной скорости, составляя17–18 г/м3 (рисунок 48 б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
