制备条件对CuFe双金属催化剂混合醇合成的影响

采用液相还原法制备了用于混合醇合成的CuFe双金属催化剂,结合XRD、低温Ar吸附-脱附和H_(2)-TPR等表征方法,研究了液相还原过程中催化剂制备温度、分散剂种类及用量、pH等制备条件对催化剂反应活性及C_(2)^(+)混合醇选择性的影响;分析了催化剂结构及反应性能间的构-效关系,并优选了制备条件。实验结果表明,较低的制备温度、较高的分散剂(乙二醇)用量、pH中性有助于活性金属组分的分散,促进双金属协同效应,提高催化剂反应活性及C_(2)^(+)混合醇选择性;综合考虑CO转化率、总醇选择性及C_(2)^(+)醇选择性,液相还原法制备CuFe双金属催化剂较适宜的条件为:以300 mL乙二醇为分散剂、冰水浴、pH=7.0。

三乙胺废水的芬顿实验研究

采用Fenton试剂处理三乙胺废水,探究水样pH值、Fe^(2+)与H_(2)O_(2)投加量、反应时间等因素的影响。结果表明,最佳实验条件为水样pH值2.5,投加Fe^(2+)500 mg/L,H_(2)O_(2)13.2 g/L,反应90 min的条件下,三乙胺的去除率达98%。动力学方程为:V=2.126 4×10^(-5)c^(0.7552)c_(a)^(0.383 8)c_(b)^(0.600 7)。

合成液体燃料的活性炭负载钴基催化剂的反应性能

在固定床等温积分反应器中，考察了活性炭负载钴基催化剂（Co／AC）的费托（F—T）合成反应性能，采用BET、H2-TPR和SEM等方法对Co／AC催化剂进行了表征。表征结果显示，Co／AC催化剂孔道属于微孔和中孔的混合结构，可用纯H2还原，还原温度选取350～400℃。实验结果表明，升高反应温度和反应压力、减小气态空速、增加原料气中H2与CO的摩尔比（H2／CO比），有利于提高CO的转化率；升高反应压力、降低反应温度、减小气态空速及原料气H2／CO比有利于高碳烃和高碳醇的生成。Co／AC催化剂用于F—T合成较优的工艺条件为：反应温度230℃，反应压力4．0MPa，原料气H2／CO比2．00，气态空速2000h^-1.在该反应条件下，CO转化率为20．1％，CH4、低碳烃（C2～4）、高碳烃（C5^＋）、低碳醇（C1～5OH）及高碳醇（C6^＋OH）的选择性分别为19．1％，24．1％，365％,15．8％,4．5％。

反应动力学贯串的化学反应工程教学思路及教学案例

化学反应工程是一门工程学科。学生在掌握基本概念的同时,需要与实验研究、工程实践相结合,培养分析、解决工程问题的能力。我们基于化学反应工程课程教学,提出了以反应动力学作为主线,贯串化学反应工程的教学思路,同时结合自身科研实践及工程实例,使学生能直观、系统地掌握知识点,为工程实践打下坚实的基础。

活性炭负载钴基催化剂费托合成本征动力学

在温度220℃～250℃、压力2.0MPa～4.0MPa、空速2000h-1～3500h-1、n(H2)/n(CO)=1.0～2.5的条件下,在固定床等温积分反应器中研究了活性炭负载钴基催化剂(Co/AC)的本征动力学。结合碳化物机理以及CO插入机理,通过假设不同的基元反应以及速率控制步骤推导得到了不同的本征动力学方程。根据实验测定数据,采用Levenberg-Maquardt算法回归得到模型参数,并通过统计检验以及相对误差分析得到了适宜的Co/AC催化剂费托合成的本征动力学方程。

基于改进遗传算法的Claus脱硫尾气加氢反应动力学

由于Claus反应在热力学上存在反应平衡,传统的Claus装置中尾气不能满足目前的排放要求。加氢还原吸收新工艺将尾气中的SO_2、有机硫、单质硫等硫化物转化为H_2S,提浓后再返回Claus装置,从而达到较高的总硫回收率。本文提出了一种幂指数型反应动力学模型,并采用改进遗传算法对动力学模型参数进行估值。统计检验和误差分析表明此模型计算值与实验值吻合良好,所建立的反应动力学模型适宜。

两种二氧化碳制甲醇技术的反应器数学模拟

二氧化碳利用可减少环境危害,二氧化碳制甲醇技术是近年来研究的重点。介绍了二氧化碳直接制甲醇和二氧化碳经逆变换后制甲醇的技术。采用水冷式管壳型反应器,建立了两种技术的反应器数学模型,并按10×104t/a甲醇规模,进行了数学模拟分析。结果表明,对于二氧化碳经逆变换后制甲醇技术,按1:1体积比将逆变换催化剂和甲醇合成催化剂混装在一个反应器中,有利于反应进行。两种技术的反应器数学模型可分别用于反应器模型化设计。

化学反应工程教学中安全环保理念的培养及实例分析

工业反应过程的优化不仅仅是追求最佳的反应速率和反应选择率,还会受到安全和环境等因素的制约。本文提出化学反应工程教学中要注重培养学生的安全环保意识,并对几个典型的工程实例进行了分析。课堂上进行相关案例的分析和交流可以强化学生安全环保的工程观念,培养学生分析和解决实际工程问题的能力。

活性金属负载量及配比对CuFe双金属催化剂催化合成混合醇的影响

采用液相还原法制备了CuFe双金属催化剂,考察了活性金属负载量及Cu、Fe摩尔比对催化剂反应活性和C_(2+)混合醇选择性的影响,分析了活性金属负载量、Cu/Fe摩尔比、催化剂结构及反应性能间的构-效关系,优化了催化剂的制备配方。结果表明,活性组分负载量的增大有助于提高催化剂的反应活性,但过量的金属负载量会导致活性组分发生团聚,影响总醇及C_(2+)混合醇的选择性;Cu/Fe摩尔比的增大抑制了催化剂的反应活性,但有助于增强CO吸附能力及Cu、Fe间的协同效应,提高产物中醇类及C_(2+)醇的选择性。综合考虑CO转化率、总醇及C_(2+)醇选择性,液相还原法制备CuFe双金属催化剂较适宜的活性组分总负载量为30%、铜铁摩尔比为3.0。

液体燃料合成浆态反应器内部过滤的研究

在液体燃料合成浆态搅拌反应器中设置了以金属烧结板为过滤介质的内过滤器,实现固液分离。研究了压降、温度、搅拌转速、固含率、过滤介质孔径及颗粒粒径对过滤速率的影响。实验结果表明:在浆态反应器中进行内过滤可以得到澄清稳定的滤液;随着操作进行,滤饼厚度达到动态平衡,过滤速率最终趋于稳定;过滤速率随着压降、温度、过滤介质孔径、颗粒粒径的增大及搅拌转速、固含率的减小而增大。应用因次分析法建立过滤模型,通过麦夸特算法对实验数据进行最优拟合得到模型的参数值,统计检验以及模型计算值与实验值的比较表明该模型可靠。

Mn助剂对Cu基催化剂乙酸乙酯加氢制乙醇反应性能的影响

采用并流共沉淀法制备了不同n(Mn)/n(Al)的Cu基催化剂,考察了Mn助剂对催化剂乙酸乙酯加氢制乙醇反应性能的影响,采用N_2低温吸附、N_2O化学吸附、XRD、H_2-TPR和H_2-TPD对催化剂进行了表征。实验结果表明,Mn助剂的添加促进了催化剂中活性组分Cu的分散,促进了CuO的还原,提高了Cu的比表面积,增加了催化剂表面的活性位,有利于H_2和乙酸乙酯的吸附,从而提高了催化剂的活性。在260℃、2MPa、MHSV为1.6h^(-1)、氢酯物质的量比为4的反应条件下,当n(Mn)/n(Al)为1时,催化剂上乙酸乙酯转化率和乙醇选择性分别达到75.86%和95.23%。

不同Mn含量Cu-Fe基催化剂合成低碳醇的原位红外光谱及反应性能研究

采用共沉淀法制备了不同Mn含量的Cu-Fe基催化剂,运用原位漫反射红外(DRFTIR)对催化剂进行表征,在管式反应器中评价了Cu-Fe基催化剂在CO加氢合成低碳醇反应中的性能。结果表明:Mn的添加可以提高催化剂对CO的吸附能力,但过量的Mn会抑制CO的吸附过程。在催化剂表面检测到了甲氧基、甲酸基团、乙酸基团和酰基基团等中间产物,Mn的添加可以促进酰基基团的生成。加入Mn可以提高催化剂的反应活性,同时还可以提高产物中C_2^+醇的分布。

Ce助剂对费托合成Co／γ-Al2O3催化剂的影响

采用等体积浸渍法制备了不同Ce含量的钴基催化剂,并用N_2低温吸附、XRD、H_2-TPR、CO-TPD和H_2-TPD等手段进行表征,同时在固定床反应器中对其费托合成反应催化性能进行评价。结果表明,Ce的添加能够改善催化剂的还原性能,促进CO及H_2在催化剂表面的吸附,从而影响催化剂的催化效果。当Ce添加质量分数为3%时,催化剂的反应性能最优,在220℃、2MPa、空速1000h^(-1)、n(H_2)/n(CO)=2.0的条件下,催化剂的CO转化率为84.20%,C_5^+选择性为74.38%。

燃烧法制备Zr、Sm双助剂Ni/γ-Al2O3甲烷化催化剂

采用溶液燃烧法制备了Zr、Sm单助剂以及Zr、Sm双助剂的Ni/γ-Al_2O_3催化剂,利用N2吸附-脱附、XRD、TEM、H_2-TPR和CO-TPD对催化剂进行了表征。与单助剂催化剂相比,Zr、Sm双助剂催化剂能削弱Ni与载体间的相互作用,减少NiAl_2O_4尖晶石的生成。双助剂催化剂上Ni颗粒粒径更小,提供更多的活性位,促进了CO的吸附,提高了催化剂的催化活性。Ni-2Zr2Sm催化剂具有最好的低温活性,在280℃反应温度下,CO转化率为99.8%,CH_4选择性为98.8%,在50h高温稳定性测试中保持良好的高温稳定性,CO转化率稳定在92.5%左右。

搅拌釜中铁基催化剂费托合成宏观动力学研究

采用0.5L机械搅拌釜式反应器,在温度为210℃~250℃,压力0.5MPa^4.5MPa,流量为62.6m L/min^125.2m L/min和原料气中H2/CO物质的量比为1.0~2.5的条件下,实验测定了CO转化率和CO消耗速率随温度、压力、空速和H2/CO比的变化规律,研究了低温沉淀铁基催化剂的费托合成反应CO消耗动力学。采用采用全局算法和Levenberg-Maquardt算法对动力学参数进行拟合,得到搅拌釜中低温沉淀铁基催化剂费托合成反应的宏观动力学模型。统计检验和相对误差分析显示该模型是适宜的,模型计算值与实验值吻合良好。

液相还原法制备FeCu/CeO_(2)催化剂及其高碳醇合成反应性能研究

采用液相还原法制备了以CeO_(2)为载体的FeCu双金属纳米催化剂,采用XRD、BET、H_(2)-TPR、CO-TPD、XPS、FESEM、TEM和M觟ssbauer等技术对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在高碳醇合成反应中的性能。催化剂FeCu/CeO_(2)-R和FeCu/CeO_(2)-C较高的Cu^(0)/Cu^(+)比和CO吸附量提升了产物中醇的含量。FeCu/CeO_(2)-O拥有较多的氧空位,有利于促进Ce和Fe元素之间的电子转移及铁物种的还原。FeCu/CeO_(2)-O较高的碳化铁含量促进了CO转化及醇类产物的碳链增长,使其在三种催化剂中具有最高的CO转化率和C^(2+)醇/甲醇质量比,分别为92.2%、3.8。CeO_(2)-O负载的FeCu催化剂更有利于C^(2+)高碳醇的合成。

混合模板剂合成高硅铝比纳米HZSM-5分子筛及其MTP反应性能

以四丙基氢氧化铵与乙二胺作为混合模板剂,采用水热合成法制备高硅铝比纳米HZSM-5分子筛,对分子筛进行了XRD、FE-SEM、N_2低温吸附、NH_3-TPD等表征,考察了分子筛在MTP反应中的催化性能。结果表明,适量引入乙二胺作为模板剂可以调节分子筛晶粒尺寸、酸强度及酸量。当四丙基氢氧化铵与乙二胺等摩尔混合时,粒径为180nm,酸强度减弱,酸量减少,此时分子筛表现出最优催化性能,丙烯选择性达到45.72%。

改进遗传算法在Claus脱硫反应动力学研究中的应用

Claus工艺中硫化物会与气体中的甲烷反应生成少量的CS_2,从而对体系的反应速率产生影响。为了建立该复杂体系的完整宏观动力学以纠正反应器开发和放大过程中带来计算结果的偏差,本工作基于传统的Claus脱硫反应动力学模型,通过引入修正参数β来修正原料气中CS_2存在对反应速率的影响,并采用局部最优化算法与遗传算法相结合的算法对动力学模型参数进行了估值。统计检验和残差分析表明所建立的模型是适定的,估值结果是可信的。

Co和Zn改性H-MOR及其二甲醚羰基化反应性能

采用水热合成法和离子交换法制备了H-MOR和金属改性的H-MOR(Co/H-MOR、Zn/H-MOR和Co-Zn/H-MOR)丝光沸石催化剂,并采用N2吸附/脱附、XRD、SEM、ICP-OES、NH3-TPD、TG和GC-MS等对催化剂进行了表征。在固定床反应器上考察了Co、Zn的添加及其负载量对催化剂的二甲醚羰基化反应性能的影响。结果表明,Co、Zn的掺入,增加了催化剂的酸量和酸强度,提高了催化剂的反应性能。在200℃、1.0 MPa和空速2040 mL/(g·h)的反应条件下,1Co-2Zn/H-MOR表现出最佳的反应性能,二甲醚转化率和乙酸甲酯选择性分别达到了58%和96%。Zn的引入抑制了催化剂上焦炭的沉积和软质焦炭向硬质焦炭的转化。随着Zn含量的增加,催化剂上焦炭含量和硬质焦炭比例明显减少。

60万吨/年甲醇合成反应器模拟及分析

甲醇作为一种基础化工原料,随其下游产品的不断开发,用量也在不断增加。本文建立了水冷式甲醇合成反应器的数学模型,对生产数据进行了模拟计算,验证了模型的可靠性,分析了催化剂不同时期的生产工况。通过模拟计算,探讨了扩能至80万吨/年方案的可行性,结果表明,在适当改变操作参数后,目前的反应器可以满足扩能的要求。