规整结构催化剂及反应器研究进展

介绍了一种新颖的规整结构催化剂。它在废气排放处理等气相催化反应中已表现出优于常规催化剂的优良催化性能 ,在气液固多相催化反应领域的研究也表明它能够应用于更多的催化反应。将这种催化剂和反应器结构特性与常规催化反应中应用的固体催化剂和反应器进行了比较 ,结果表明它有可能替代浆态床和固定床反应器 。

规整结构催化剂及反应器的研究进展

化学工业正朝着安全、清洁、高效能、低排放的方向发展,开发新的、选择性更高的催化剂,寻找新的高效、污染更少的技术路线迫在眉睫.在化学反应工程方面,引入相关学科的先进技术,实现低耗能高效率的过程称之为过程强化.规整结构催化剂利用其自身结构特点,能够实现过程强化.

规整结构催化剂及反应器

文章概述了规整结构催化剂的发展状况和应用前景,重点阐述了其在气液固三相反应中的全混流和Taylor流动模型,为研究规整结构反应器中的传质和传热提供参考,同时为规整结构反应器的放大提供依据。规整结构反应器具有可能替代填充床反应器和浆态反应器的潜力,并且安全性高。在催化作用中,规整结构反应器将在更多的领域应用,特别是在多相过程中的应用非常有吸引力,有很好的应用前景。

列管式固定床反应器催化剂支托结构的设计

列管式固定床反应器催化剂支托的结构形式 ,经历了由繁到简、由难到易的演变。目前采用的复合式弹簧支托是较理想的一种 ,它克服了以往催化剂支托结构上的不足 ,具有结构合理、使用安全可靠、拆装方便等优点。文中介绍了复合弹簧支托的设计方法和设计。

C302铜基甲醇合成催化剂颗粒设计 Ⅱ.颗粒结构对Lurgi型合成反应器性能的影响

基于本文 (Ⅰ )报的研究结果 ,以固定床反应器二维非均相数学模型为基础 ,模拟考察了C30 2铜基甲醇合成催化剂颗粒设计对Lurgi型合成反应器性能的影响。结果表明 ,由于颗粒结构设计改变了粒内反应—扩散耦合行为的相互匹配关系 ,使得催化剂的宏观反应活性发生变化 ,进而对反应器的操作性能产生显著的影响 (包括反应器生产能力、温度和浓度分布特性、床层压力降和热点温度等 ) ,为提高反应器的生产能力和改善反应器的操作性能 ,进行催化剂颗粒的适宜结构设计是非常必要和有价值的。

基于CFX的规整催化剂甲烷化反应器流场模拟与结构优化

煤制天然气可有效解决天然气消耗量持续增加、环保等问题。甲烷化反应是煤制天然气重要环节。在众多甲烷化催化剂中,规整催化剂由于传热、传质、反应特性、压降性能良好,受到广泛关注。而规整结构催化剂的孔道独立,与反应器轴线垂直截面的流场均匀度对产物产率影响很大。基于CFX以反应器内流场均匀度为目标,对规整催化剂固定床甲烷化反应器进行冷态数值模拟,获得最优反应器结构。

加强国际交流,解决结构化催化剂与反应器研发及应用问题

结构化催化剂与反应器是气固及气液固三相反应中重要的过程强化技术，由于其在水力学、传递特性及反应特性等方面表现出的独特优点而成为当前的一个研究热点。在前3届结构化催化剂与反应器国际会议（2001年第1届，荷兰；2005年第2届，荷兰；2009年第3届，意大利）顺利召开的基础上，由北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室主办的第4届结构化催化剂国际会议于2013年9月25—27日在北京顺利召开。

结构催化剂与反应器：新结构、新策略和新进展

具有3D非规则空隙结构的foam/fiber基体不仅导热性好、面体比更大,而且在消除径向扩散限制、涡流强化传质/传热、提高接触效率、几何构型灵活设计等方面显示出传统的规则2D空隙蜂窝和微通道结构难以企及的优势,但其高效催化功能化还面临挑战,近年来,相关的研究与开发日益受到重视且进展明显。本文综述了foam/fiber新型结构催化剂的"宏-微-纳"一体化"非涂层"构筑及其在涉及能源化工和环境催化等的典型强吸(放)热和/或高通量反应过程中的应用等方面的研究新进展,以期为诸如C1能源化工等众多反应过程中存在的强烈热/质传递限制等问题的解决,以及为满足环境催化和"模块"化工厂等对高通量、低压降等的特殊要求提供新的思路和技术支撑。

CuO/ZnO/Al_(2)O_(3)不锈钢纤维毡结构整体催化剂的甲醇水蒸气重整制氢性能

以切削法制备的商用多孔不锈钢纤维毡为催化剂载体,采用浸渍法制备CuO/ZnO/Al_(2)O_(3)结构整体催化剂,研究其对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。采用扫描电镜(SEM)对多孔不锈钢纤维毡结构整体催化剂进行微观形貌分析。通过改变反应空速和反应温度,考察结构整体反应器与固定床反应器的制氢性能。结果表明:相比于固定床反应器,填充不锈钢纤维毡结构整体催化剂的反应器可强化反应过程的传质和传热,在反应温度为280℃时,氢气流量为0.55 mol/h,甲醇转化率为95.07%;不锈钢纤维毡结构整体催化剂可降低甲醇水蒸气重整制氢的反应温度,减少反应系统的能量消耗。

微通道反应过程对铜锌催化剂微结构的影响

采用微通道反应器制备了铜锌催化剂,并利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征。HRTEM和XPS分析表明,微反应器样品中CuO和ZnO之间的相互分散性更好,两者之间的接触更为紧密,液相合成气制甲醇实验表明其活性高于传统共沉淀法催化剂。对比微通道反应器和传统共沉淀法的反应历程表明,微混合器内强烈的湍动和极小的空间,使Cu2+、Zn2+的沉淀过程更为均匀,增强了铜锌相互分散,强化了铜锌相互作用;同时,Cu2+和Zn2+在微反应器内经历了更为均匀一致的反应历程,得到的催化剂在结构上更加均匀。通过研究稳定段长度的影响发现,铜锌催化剂前驱体形成后需要经过30s的停留时间,其结构才能基本稳定。

乙苯CO_2脱氢规整结构催化剂

以堇青石蜂窝陶瓷为第一载体、γ-Al2O3为第二载体,制备了用于乙苯CO2脱氢的Fe系催化剂。研究发现,当Fe2O3负载量为10%时,Fe2O3/γ-Al2O3催化剂对于乙苯CO2脱氢反应活性最佳;添加适量碱金属、碱土金属和稀土元素氧化物为助剂改善Fe2O3/γ-Al2O3催化剂性能,催化剂活性明显提高,稳定性也有所增加。通过与传统颗粒催化剂比较,采用规整结构γ-Al2O3涂层堇青石负载的Fe系催化剂,乙苯转化率和苯乙烯选择性均有明显提高,反应温度为600℃、反应压力为常压、EB∶CO2为1∶10(摩尔比)、乙苯液时体积空速为1.0 h-1时,乙苯转化率可达85%,苯乙烯选择性为98%。

基于网状催化剂的微反应器内甲醇制氢性能

氢燃料电池被认为是未来最有前景的能源技术之一,通过液体甲醇现场重整制氢可有效解决氢气储存和运输等技术瓶颈。文中设计加工了板式微反应器并搭建了配套的制氢系统,制备了具有自还原特性的新型网状CuNi(Fe)/γ-Al 2 O 3/Al结构化催化剂。以甲醇为原料,实验研究了自制催化剂在微反应器与管式固定床反应器中的催化性能,并与商用CuZn催化剂进行了性能对比。结果表明:与管式反应器相比,微反应器能更好地发挥催化剂的低温活性。开发的CuNiFe结构化催化剂在10000 mL/(g·h)空速下仍能保持82.3%的甲醇转化率,单位质量催化剂的产氢量可达商用催化剂的2.62倍。使用自制催化剂,制氢系统冷态启动40 min可达到甲醇转化率100%的稳定产氢,显著低于使用商用催化剂结果。

规整结构催化剂的制备

规整催化剂兼有催化剂和反应器的特点与性能,具有低压降、低能耗、优良的传递性能、体积较小、易于放大等突出优点,具有良好的应用前景。本文总结了规整结构催化剂的几种不同制备方法、特点和适用范围,最后提出大规模应用规整型催化剂的可行性。

一种改进的脱水方式对费托合成铁基催化剂结构性质与催化性能的影响

研究了一种改进的脱水方式对费托(F-T)合成铁基催化剂结构性质与催化性能的影响.在n(H2)/n(CO)=0.67,WHSV=1000h-1,p=1.5MPa和t=250oC的条件下对催化剂进行了浆态床F-T合成反应性能评价实验,并采用低温N2物理吸附、X射线衍射、原子发射光谱、X射线光电子能谱、氨程序升温脱附、穆斯堡尔谱和高分辨透射电镜等技术对催化剂进行了表征.结果表明,水处理和二次干燥得到的催化剂比表面积增加,颗粒减小,铁氧化物的分散程度增大,其表面的SiO2/Fe比例明显减小;该催化剂F-T合成反应活性有所增加;表面酸性有所增强,导致烃产物选择性向低碳数方向偏移.

控制异丁烯叠合反应催化剂床层温升的探讨

通过分析对异丁烯叠合反应器温升进行有效控制的方法,得出:①固定床外循环对原料适应性强、反应器结构简单、便于操作,但当以反应产物或剩余C4为循环物料时存在副产物含量高的问题;②列管固定床可将反应温度控制在较适宜的范围内,副反应产物少,但反应器结构较复杂、催化剂装填要求严格、列管内存在"热点";③新型热管反应器可快速移出反应热,温度控制灵活,但反应器取热流程复杂,蛇形回路热管组件不易检查和维修;④催化蒸馏将反应与分馏高度耦合,该方法易于控制反应温度,并将反应热用于轻、重组分分离,但催化蒸馏塔内件结构复杂、催化蒸馏模块价格高;⑤混相床与固定床组合技术可平稳控制反应温度,可根据需要灵活调节多种工艺参数,异丁烯转化率高,但也存在当混合C4中异丁烯质量分数大于30%时应用受限等缺点。上述技术各有优缺点,选用时应根据原料组成、产品质量要求、设备和操作费用等综合考虑后确定。总体而言,混相床与固定床组合技术兼顾产品质量及操作灵活性,建议在同等条件下优先选用。

催化剂对BOPP专用树脂微观结构的控制

通过对催化剂的筛选、试验,成功地用单环管反应器生产出双向拉伸聚丙烯(BOPP)专用树脂。BOPP专用树脂的熔体质量流动速率为3 .0 g/ 1 0min ,等规指数为( 96 . 0±0 . 5) % ,拉伸屈服强度为32MPa ,悬臂梁冲击强度为34J/m ,断裂伸长率为90 .0 %～91 .0 % ,摩尔质量分布为5 .0左右;在拉伸速率为2 50～2 80m/min时,用其拉伸的薄膜均匀,极少破膜。

乙苯脱氢规整反应器的模拟研究

采用COMSOL Multiphysics软件对规整及散堆固定床反应器内的乙苯脱氢反应进行了模拟计算,对比了等温和绝热条件下2种反应器的性能,研究了反应器串联段数、工艺条件、催化剂结构对绝热规整反应器内乙苯脱氢反应性能的影响。结果表明:等温和绝热条件下,与颗粒散堆固定床相比,规整反应器的乙苯转化率更高、苯乙烯选择性更高、反应器压降更小。进料温度为893 K、压力为104 k Pa时,绝热规整反应器中乙苯转化率为54.81%,苯乙烯选择性为94.84%,而绝热散堆固定床仅为39.55%和92.52%。对于绝热规整反应器,三段工艺的乙苯转化率和苯乙烯收率比一段或二段工艺高;升高温度、降低压力可以提高乙苯转化率,且较低的温度和压力可得到较高的苯乙烯选择性;减小催化剂孔壁厚度可以得到更高的乙苯转化率和苯乙烯选择性,适宜孔壁厚度为0.2 mm;催化剂孔密度对反应性能几乎没影响。

上流式渣油加氢处理保护性催化剂的预硫化

由于上流式反应器内气液流动状态不同于固定床渣油加氢处理,而且上流式渣油加氢处理保护性催化剂具有特殊的孔结构和金属组成,对催化剂的预硫化过程可能具有一定的影响。本试验对上流式渣油加氢处理催化剂的预硫化进行了研究,经过预硫化方案硫化后,全系列催化剂总上硫率达到82.7%;在反应压力16.0MPa、空速(v)0.22h-1、气油体积比为761∶1、反应温度384℃时,全系列催化剂脱金属率89.1%(w)、脱硫率89.9%(w)、脱氮率47.1%(w)、脱残炭率67.4%(w)。

光催化反应器的研究进展

介绍了国内外近年来有关多相光催化反应中光催化反应器设计与研究的进展情况,按催化剂在反应中存在的形式分类论述了各种反应器的结构原理和主要特点,以及光反应器设计中存在的问题和今后的研究方向。

变径结构提升管反应器内颗粒流动特性的研究

在内径为12 mm的提升管反应器冷模试验装置上对变径提升管反应器内部固体颗粒的浓度和速度进行了试验研究。试验结果表明,采用变径结构的催化裂解多产低碳烯烃提升管反应器,可以改变其内部催化剂颗粒的浓度及速度分布,提高其反应区上部的颗粒速度,同时降低二次反应的发生;与相同直径的传统结构提升管反应器相比较,底部反应区的颗粒浓度和速度径向分布更加均匀;该变径结构在有利于实现大剂油比操作和减少二次反应发生的同时,可使催化剂颗粒与油气混合更加均匀,从而使得催化剂颗粒与油气更加充分均匀地进行接触,为催化裂解多产低碳烯烃创造更加有利的条件。