流化床中甲醇制低碳烯烃反应-再生过程研究

在密相段为φ30 mm×320 mm及稀相段为φ68 mm×160 mm的流化床反应器中,采用SAPO-34为主要活性成分的流化床催化剂,研究了反应温度、空速(WHSV)、进料组成随反应时间对低碳烯烃(乙烯+丙烯)选择性及甲醇转化率的影响;同时在流化床中,对失活催化剂进行再生实验,考察了再生催化剂的催化性能,并用XRD,SEM,BET,NH3-TPD,TGA等手段对催化剂进行表征。实验结果表明,在450℃,空速为3 h-1,精甲醇(99.5%(mol)进料时,低碳烯烃选择性高达92.06%;再生催化剂的催化性能良好,微观结构没有发生明显变化,可以循环使用。TGA表征结果表明,600℃是较适宜的再生温度。

甲烷化反应工艺流程和反应器模拟

通过分析绝热反应曲线和反应过程CO转化率曲线,设计可行的多级绝热固定床甲烷化工艺流程,得到了一个第一甲烷化反应器循环比为3.0,反应器个数为3的甲烷化反应系统。建立绝热固定床反应器的一维拟均相数学模型,在工业操作条件下,分析了该流程中3个甲烷化反应器内的温度和摩尔分数分布规律。在合成气的进料速度800 kmol/h,进料温度553 K,操作压力为3.0 MPa,氢碳物质的量比约为3.0,循环比为3.0的条件下,模拟结果表明:物料在3个反应器出口的温度分别为879,725,611 K;甲烷干基摩尔分数分别为53.48%,79.24%和95.49%;CO在3个反应器出口的转化率分别为82.18%,99.41%和100%。第3反应器出口CH4干基摩尔分数为95.49%,满足了工业生产要求。

硅铝比对SAPO-34催化剂在甲醇制烯烃反应中催化性能的影响

以四乙基氢氧化铵-三乙胺为模板剂,采用水热法合成了SAPO-34催化剂;研究了不同硅铝比(n(SiO2)∶n(Al2O3))合成的催化剂催化甲醇制烯烃反应的性能;并用XRD,BET,SEM,NH3-TPD等手段对催化剂进行了表征。实验结果表明,当n(SiO2)∶n(Al2O3)=0.30时,SAPO-34的结晶度最大,比表面积为490m2/g,晶粒粒径最大(0.6～1.5μm);随n(SiO2)∶n(Al2O3)的增大,SAPO-34的结晶度减小,比表面积增大,晶粒粒径减小。在反应温度425℃、甲醇的WHSV=1h-1时,以甲醇为原料,对不同n(SiO2)∶n(Al2O3)合成的催化剂的催化性能进行评价结果显示,当n(SiO2)∶n(Al2O3)=0.30时,甲醇转化率达到100.0%,低碳烯烃(乙烯+丙烯)的总选择性最高(达到86.87%),催化活性时间最长(546min);随n(SiO2)∶n(Al2O3)的增大,催化剂对低碳烯烃(乙烯+丙烯)的总选择性降低,催化活性时间缩短。

SAPO-34分子筛的合成及其对甲醇制低碳烯烃反应的催化性能

制备具有适宜酸性能和最佳物理性质的催化荆是甲醇制低碳烯烃（MTO）工艺的关键。采用水热晶化法，考察了不同模板剂、模板剂用量、PH、晶化时间和温度等因素对SAPO-34分子筛制备的影响，并采用XRD、SEM、BET和NH3-TPD等方法进行表征，从而考察分子筛结构、表面酸性等性质对分子筛催化剂在MTO反应中的催化性能的影响。结果表明：四乙基氢氧化铵（TEAOH）为合成SAPO-34的最佳模板剂，与二乙胺相比，TEAOH制得的SAPO-34比表面积大（〉400m^2／g），呈立方晶形，颗粒尺寸较小且分布均匀，具有比例适宜的强、弱酸中心；而以二乙胺为模板剂合成的SAPO-34具有较多的强酸中心，酸性较强。采用TEAOH为模板剂，当n（TEAOH）：n（Al2O3）为2．02～1．35时，减少模板剂用量，合成产物仍为SAPO-34，相对结晶度减小；当n（TEAOH）：n（Al2O3）为1．35～1．01时，减少模板剂用量会导致SAPO-5与SAPO-34共生。直接、快速的升温过程不利于晶粒的成长；先升温至90～150℃并维持这一温度，待过渡相态稳定后再继续升温至170～250℃晶化，有利于得到更高结晶度的SAPO-34晶体，此时SAPO-34分子筛在MTO反应中显示了最优的催化性能，甲醇转化率100％，对低碳烯烃的选择性为83．409／5，活性时间为220min。

低温甲醇脱碳工艺热力学模型和过程模拟研究

为了进行含高压气体和强极性物质的体系的低温甲醇脱碳工艺的模拟研究,建立相应的热力学模型。采用Soave-Redlich-Kwong(SRK)立方型状态方程,结合Huron-Vidal混合规则和非随机双流体Non-Random-Two-Liquid(NRTL)活度系数模型建立的热力学模型,从气体溶解度和气液平衡数据拟合获得了45对活度系数模型参数。用于低温甲醇洗脱碳工艺的过程模拟,低压和高压脱碳系统的模拟结果和实际工业数据符合很好。结果表明:采用热力学模型适合于同时含有H2,N2,CH4等非极性气体和CH3OH,H2O等强极性溶剂的低温甲醇脱碳工艺的过程模拟。

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％。

脱沥青油及其糠醛抽余油的催化裂化性能研究

采用提升管催化裂化装置,考察脱沥青油(DAO)以及抽提条件分别为剂油质量比2∶1、抽提温度80℃;剂油质量比2∶1、抽提温度85℃两种工况下对DAO进行糠醛抽提所得到的抽余油A与B等三种催化裂化原料的裂化性能。实验结果表明:DAO经过糠醛抽提后所得抽余油的催化裂化转化率较高,轻质油收率较高,重油和焦炭产率较低,其催化裂化性能和裂化产品的性质均优于DAO。

蛋壳型钴基催化剂的费托合成反应性能

采用BET,XRD,TG-DSC,TPR等方法对蛋壳型Co/SiO2催化剂进行了表征,并在直流流动等温积分反应器中考察了该催化剂的费托合成反应性能。表征结果显示,蛋壳型Co/SiO2催化剂为中孔结构,表面Co物种为Co3O4,适宜的焙烧温度为450℃,还原条件为不同H2含量的H2-N2混合气、程序升温,最高还原温度390℃。实验结果表明,反应压力升高,CO转化率增大,油和蜡生成量增加,C5+选择性提高;反应温度升高或n(H2)∶n(CO)增大,CO转化率增大,油和蜡生成量增加,但C5+烃选择性降低;气态空速增大,CO转化率降低,油和蜡生成量先增加后减少,C5+烃选择性降低。该催化剂用于费托合成的适宜工艺条件为:反应压力3.5MPa、反应温度225～235℃、n(H2)∶n(CO)=2.000～2.100、气态空速2000h-1。

DOA及DAO糠醛抽出油用于调合重交道路沥青配伍性的研究

以糠醛为溶剂抽提脱沥青油DAO,并将抽出油作为沥青调合的软组分。测定了用DOA和拔头重油浆二组分调合以及用脱油沥青DOA,DAO糠醛抽出油和拔头重油浆三组分调合的沥青性质,讨论了软组分加入对沥青配伍性的影响。研究结果表明:以C4溶剂脱沥青工艺生产的DOA,DAO,糠醛抽提工艺生产抽出油和油浆拔头装置生产拔头重油浆等为原料,可以调合出满足GB/T 15180—2000 AH-90重交通道路石油沥青及交通部JTG F40—2004标准的90B级沥青。

甲醇气相脱水制二甲醚本征动力学研究

在温度240～340℃、压力0.1～1.0 MPa、液体体积空速0.9～4.0 h-1的等温积分反应器中,催化剂为甲醇脱水MD-2型催化剂,研究了甲醇脱水生成二甲醚的本征动力学,并考察了操作条件对甲醇转化率的影响。实验结果表明:随着温度的升高,甲醇转化率先升高后降低;压力的变化对甲醇转化率的影响不大;随着空速的增加,甲醇转化率逐渐降低。根据实验测定数据,应用参数估值方法,依据不同反应机理推导出以各组分逸度表示的4种双曲型动力学方程,残差分析及统计检验表明,基于Langmuir-Hinshelwood解离吸附模型建立的本征动力学方程是最适宜的。

甲醇气相脱水制二甲醚本征动力学研究

在温度240℃～360℃、压力0.1MPa～1.0MPa、液体体积空速0.9h-1～8h-1的条件下,在等温积分反应器中,研究了甲醇在CNM-3催化剂上脱水生成二甲醚的本征动力学,并考察了操作条件对甲醇转化率的影响。实验结果表明,随着温度的升高,甲醇转化率上升,当温度高于320℃时,甲醇转化率开始下降;压力的变化对甲醇转化率的影响不大;随着空速的增加,甲醇转化率逐渐降低。根据实验测定数据,应用参数估值方法,得到了幂函数型本征动力学方程,残差分析及统计检验表明,该动力学模型是适宜的。

直接合成小晶粒B-HZSM-5分子筛及其在甲醇制丙烯反应中的性能

通过同晶取代、直接合成的方法制备了小晶粒的B-HZSM-5分子筛催化剂,采用XRD、BET、NH3-TPD、SEM和ICPAES等手段进行表征,并将催化剂应用于甲醇制丙烯反应进行性能评价。结果表明:与常规HZSM-5分子筛和常规B-HZSM-5分子筛相比,制备的分子筛晶粒尺寸明显减小,比表面积增大,同时弱酸量增加,强酸量减少;小晶粒分子筛催化剂表现出更高的丙烯选择性以及活性稳定性。

甲醇气相脱水制二甲醚宏观动力学研究

在温度240℃～360℃、压力0.1MPa～1.0MPa、液体体积空速0.9h-1～3h-1条件下,在等温积分反应器中使用甲醇脱水MD型催化剂,研究了甲醇脱水生成二甲醚的宏观动力学,并考察了操作条件对甲醇转化率的影响。实验结果表明:随着温度的升高,甲醇转化率先升高后降低;压力的变化对甲醇转化率的影响不大;随着空速的增加,甲醇转化率逐渐降低。建立了以各组分逸度表示的宏观动力学方程,根据实验测定数据,应用参数估值方法,获得动力学方程参数,残差分析及统计检验表明,该动力学模型是适宜的。

煤基合成气一步法制二甲醚的宏观动力学

在内循环无梯度反应器中,温度220～260℃、空速1 000～3 000 h-1、压力5 MPa的条件下,研究了质量比为1∶1的混合型双功能催化剂上合成气一步法制二甲醚的宏观动力学,考察了温度、空速等条件对反应性能的影响。选取Langmuir-Hinshelwood双曲型动力学模型,采用麦夸特法对宏观动力学模型进行了参数估值,获得动力学模型的参数。统计检验和残差分析结果表明模型是适宜的。

制备条件对Ni/ZrO_2-SiO_2催化剂煤气甲烷化的影响

采用浸渍法制备了ZrO2-SiO2复合载体和Ni质量分数为6%的Ni/ZrO2-SiO2催化剂,考察了载体制备时浸渍溶液pH值、焙烧温度和催化剂制备时的焙烧温度对Ni/ZrO2-SiO2催化剂煤气甲烷化反应性能的影响。采用X射线衍射、程序升温还原和扫描电子显微镜等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体浸渍溶液pH值为8.0～9.0,载体焙烧温度为550℃,催化剂焙烧温度为450℃时,Ni/ZrO2-SiO2催化剂在煤气甲烷化反应中显示了最优的催化性能,CO转化率100%,CO2转化率1.8%,CH4生成速率16.6 mmol/(h.g)。进一步表征发现,制备ZrO2-SiO2复合载体时,增大浸渍溶液的pH值有利于形成粒径较小的亚稳态四方晶相ZrO2,可见四方晶相ZrO2更有利于甲烷化反应;载体焙烧温度会影响到NiO粒径的大小和其在催化剂表面的分散,温度过高和过低都会导致NiO粒径大小的不适宜以及分散性的降低;催化剂焙烧温度过高则会导致NiO与载体间的相互作用减弱,NiO分散性降低。

乙酸催化加氢制乙醇反应动力学研究

我国的能源结构是"富煤、贫油、少气",以煤基乙酸为原料制备燃料乙醇是适宜我国国情的工艺路线,燃料乙醇的研究越来越受到人们的关注。本文研究了贵金属催化剂上乙酸加氢还原制乙醇的反应。在反应温度(160～240)℃、反应压力(3～7)MPa、乙酸液相体积空速(0.3～0.7)h^(-1)、氢气与乙酸摩尔比5～22的条件下,在等温积分反应器中研究了乙酸加氢制乙醇的反应动力学,并考察了操作条件对乙酸转化率及乙醇选择性的影响。结果表明:随温度升高乙酸转化率和乙醇选择性均明显增加,在240℃时,乙酸转化率接近平衡转化率;增加反应压力,乙酸转化率及乙醇选择性随之增加;提高乙酸液相体积空速,乙酸转化率降低,乙醇选择性呈增加趋势。根据实验数据,应用参数估值方法,得到Langmuir-Hinshelwood型动力学模型中的参数,残差分析及统计检验表明,该动力学模型是适宜的。

放大制备甲醇制低碳烯烃催化剂的性能

放大制备SAPO-34分子筛催化剂,在实验室的流化床反应器中考察其对甲醇制低碳烯烃的催化性能。主要研究了反应温度、空速(WHSV)、进料组成随反应时间对产物中低碳烯烃(乙烯+丙烯)摩尔分率的影响;同时在流化床中,对失活催化剂进行再生实验,考察了再生温度和再生时间的影响,并用XRD、SEM、N2等温吸附/脱附和NH3-TPD手段对催化剂进行表征。实验结果表明,在475℃,空速2.5 h 1,甲醇90%(mol)进料时,产物中低碳烯烃的摩尔分率高达90.3%;再生温度600℃,再生时间大于30 min条件下催化剂的再生效果较好,且微观结构和强弱酸中心的分布没有发生明显变化,可以循环使用。

Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂二甲醚合成宏观动力学

在压力3MPa～7MPa,温度220℃～260℃,空速0.4 L.g-1.h-1～1.2 L.g-1.h-1,气体摩尔分率yH20.75～0.65,yCO 0.14～0.20,yCO2 0.04～0.08,搅拌转速1000 r.min-1的反应条件下,于500mL高压搅拌釜中进行了合成气在Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂上一步法合成二甲醚工艺过程的宏观动力学研究。基于CO加氢合成甲醇、CO2加氢合成甲醇及甲醇脱水为二甲醚三个独立反应,建立了Langmuir-Hinshelwood型宏观动力学模型。采用通用遗传算法和Levenberg-Marquardt优化算法相结合的方法对实验数据进行拟合、参数寻优,获得模型参数估值,经统计检验和残差分析证实了模型的可靠性。

铁基催化剂上费托合成本征动力学研究

采用共沉淀方法制备了低温沉淀铁基催化剂,并在管式固定床反应器中对其动力学性能进行了考察。假定H2在催化剂表面不同的吸附形式,推导得到了基于H2解离吸附与非解离吸附的CO消耗本征动力学模型。动力学实验数据拟合以及通用全局算法优化结果表明,基于H2以解离态吸附在催化剂表面并参与费托合成反应所推导得到的动力学方程更加符合实验结果。数据拟合及统计学分析表明,在温度230℃~260℃,压力2.0 MPa^4.0 MPa,空速(2000~3000)h-1,H2/CO摩尔比0.96~2.08的操作条件范围内,在该低温沉淀铁基催化剂上的费托合成反应活化能为81.42 k J/mol,在文献所报道范围内。