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费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis)为强放热反应,且温度是影响产物分布的最关键参数。微反应器具有优异的传热传质性能,开展微通道内FTS研究具有重要意义。 采用溶胶凝胶法在微通道内制备壁载型Co/Al2O3催化剂,对基体预处理后、催化剂载体、活性组分的形貌、成分和性能进行了系统的表征分析。振荡试验结果表明经过渗铝和氧化预处理可显著提高载体与基体的结合力,催化剂载体的平均质量损失率仅为未经预处理的1/8。催化剂载体γ-Al2O3的平均孔径为10 nm且分布集中,活性组分具有较好的分散性和还原性。采用移液枪定量涂覆的方法,实现了催化剂载体层厚度的可控制备,并获得了单位面积涂覆浆液的体积VC与载体负载量mc、载体层厚度TC的拟合关系式。利用COMSOL建立多场耦合分析的二维微通道FTS单元模型,结果表明:催化剂层温度沿通道轴向呈先升高后降低的趋势,随着催化剂层厚度的增加,温度峰值逐渐向出口处移动。随着催化剂层厚度的增加CO转化率明显增大。低空速下,催化剂层厚度占微通道深度的比AC改变对FTS反应的影响更为显著。在满足温度控制条件下,催化剂层厚度越大C5+收率越高,当4/6≤AC≤5/6时,CH4选择性显著升高,结合控制CH4选择性的要求,可以确定较佳的催化剂层厚度范围。在模拟优化得到的微通道结构上进行单板片FTS实验,在220℃、2.0 MPa,10,000~25,000h-1空速情况下,催化剂层厚度为79μm,空速15,000h-1时,CH4选择性低于10%,而C5+选择性保持在85%左右,体现了较好的催化活性。相同空速情况下,随着催化剂层厚度的增加,C5+的选择性显著降低、而CH4的选择性提高。