本文關(guān)鍵詞： 合成氨 常壓介質(zhì)阻擋放電 填充式等離子體反應(yīng)器 釕基催化劑　出處：《浙江工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。氨除了用于氮肥和化工產(chǎn)品外,還在能源領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用,2009年9月在美國(guó)堪薩斯州舉行的氨燃料會(huì)議上指出“液氨將是未來重要的可持續(xù)能源之一”。工業(yè)上合成氨常采用Haber-Bosch法,需在高溫、高壓和催化劑的共同作用下進(jìn)行,反應(yīng)條件苛刻,尤其需在高壓條件下進(jìn)行,能耗巨大。因而,如何降低合成氨操作壓力一直是該領(lǐng)域?qū)W者的研究熱點(diǎn)和目標(biāo)。放電等離子體作為一種直接向反應(yīng)體系施加能量的電工電能新技術(shù),可在常壓或負(fù)壓條件將反應(yīng)氣體分子電離、分解,產(chǎn)生N、H、NHx等高活性自由基并合成氨,與催化劑耦合,可進(jìn)一步提高合成氨反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。放電等離子體合成氨技術(shù)可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)氨的合成,徹底改變了傳統(tǒng)意義上氨合成“游戲規(guī)則”,避免了原料氣在壓縮過程所產(chǎn)生的高能耗。填充式介質(zhì)阻擋放電(DBD)反應(yīng)器被認(rèn)為是一種新型的、能強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)電場(chǎng)、有利于反應(yīng)氣體均勻分布的等離子體反應(yīng)器,填充式DBD反應(yīng)器在合成氨反應(yīng)的應(yīng)用尚未見報(bào)道。本文擬采用該新型等離子體反應(yīng)器在常壓下開展合成氨研究工作,包括填充催化劑篩選、工藝參數(shù)優(yōu)化和等離子體催化合成氨機(jī)理研究,主要內(nèi)容及取得的成果和結(jié)論如下:(1)以Ru(NO)(NO3)3為前驅(qū)體,選取Al2O3、MgO(包括輕質(zhì)氧化鎂L-MgO和重質(zhì)氧化鎂H-MgO)為載體制備釕基合成氨催化劑,在dbd反應(yīng)器中對(duì)催化劑(al2o3,l-mgo,h-mgo,ru/al2o3,ru/l-mgo)進(jìn)行活性評(píng)價(jià),并對(duì)催化劑放電前后結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明:催化劑活性順序?yàn)?ru/l-mgoru/al2o3l-mgoal2o3h-mgo。由sem-eds、比表面積及孔結(jié)構(gòu)表征可知,等離子體放電環(huán)境對(duì)比表面積較大、孔徑較小和孔道密集的載體al2o3結(jié)構(gòu)性能影響不大,但對(duì)結(jié)構(gòu)比較疏松、孔徑較大且比表面積較小的載體l-mgo會(huì)造成其負(fù)載的ru發(fā)生部分團(tuán)聚現(xiàn)象;(2)在dbd反應(yīng)器中,以不同催化劑為填充介質(zhì),引入一定比例的n2和h2為原料氣,進(jìn)行了合成氨工藝參數(shù)的優(yōu)化研究(一步法合成氨),工藝參數(shù)包括n2/h2體積比、氣體總流量、放電功率、放電溫度。結(jié)果表明:在不同填充介質(zhì)下最佳n2/h2體積比均為2:1;增加氣體總流量,可減少催化劑外擴(kuò)散影響,提高氨質(zhì)量產(chǎn)率;氨質(zhì)量產(chǎn)率隨放電功率增大而增加;氨質(zhì)量產(chǎn)率隨放電溫度增高而顯著增加,當(dāng)放電溫度小于300℃時(shí),吸附在具有較多酸性基團(tuán)的al2o3和ru/al2o3催化劑上的nh3會(huì)經(jīng)過反復(fù)放電分解,降低氨質(zhì)量產(chǎn)率;(3)為探究等離子體催化合成氨機(jī)理,將dbd反應(yīng)器中合成氨過程分解為n2放電、h2放電和nh3脫附三個(gè)過程(三步法合成氨),考察了催化劑上等離子體活化態(tài)n(a)在不同催化劑和工藝參數(shù)條件的加氫特性。結(jié)果表明:提高n2放電功率,有利于在al2o3上形成更多活化態(tài)n(a),當(dāng)放電功率超過26w時(shí),al2o3上活化態(tài)n(a)達(dá)到飽和,在al2o3表面產(chǎn)生的nh3總量基本不變;增加h2放電溫度,有利于吸附在al2o3的nh3(a)脫附;在第二步h2放電過程中,不同催化劑上的等離子體活化態(tài)n(a)加氫合成氨含量順序也為ru/l-mgoru/al2o3l-mgoal2o3h-mgo,說明吸附在催化劑上的等離子體活化態(tài)n(a)加氫合成氨反應(yīng)起著關(guān)鍵性作用,是dbd等離子體協(xié)同催化合成氨的主反應(yīng)過程。
[Abstract]:Ammonia industry is an important part of basic chemical industry and plays an important role in the national economy . In addition to being used for nitrogenous fertilizer and chemical products , ammonia will be one of the important sustainable energy sources in the future . The results and conclusions are as follows : ( 1 ) The catalyst activity sequence is : ru / l - mgoru / alfate 3l - mgo - 3h - mgo . The results and conclusions are as follows : ( 1 ) The optimum ratio of the catalyst activity is : ru / l - mgoru / alfate 3l - mgo - 3h - mgo . The results and conclusions are as follows : ( 1 ) The optimum n2 / h2 volume ratio is 2 : 1 under normal pressure . ( 3 ) In order to investigate the mechanism of plasma - catalyzed synthesis of ammonia , three processes ( three - step method synthetic ammonia ) for the decomposition of ammonia in the reactor were investigated . The hydrogenation characteristics of the activated state n ( a ) on the catalyst were investigated .

【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ113.2

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本文編號(hào)：1535174