C302铜基催化剂上甲醇合成的动力学研究 Ⅰ.动力学模型

采用微型等温积分反应器,在５ＭＰａ,２１０－２７０℃和气体组成（摩尔分数）ＣＯ４．２１％－１４．４８％,ＣＯ２１．５５％－１３．６７％,Ｈ２５８．３４％－８７．００％,Ｎ２４．８１％－２６．５０％,ＣＨ４０－０．１１％条件下,对国产Ｃ３０２低压铜基催化剂上甲醇合成的动力学特征进行了系统的研究,对基于ＣＯ和ＣＯ２竞争加氢双路线合成甲醇的六种动力学模型,以Ｓｉｍｐｌｅｘ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ与Ｍｅｒｓｏｎ复合法估计了相应的模型参数,数理统计检验结果表明,六种动力学模型均是可信的,这说明由等温实验数据和传统的数理统计检验获得的动力学模型具有不确定性。     

低汽气比LB型中温变换催化剂上水煤气变换反应的动力学研究

 采用微型等温积分反应器,在3 MPa,598～728 K以及气体组成(摩尔分率)为CO 0.066～0.139,CO2 0.041～0.1,H2 0.262～0.457,H2O 0.217～0.386和N2 0.077～0.271的条件下,对国产LB型低汽气比中温变换催化剂的动力学特性进行了系统的研究. 对基于一级反应模式、二级反应模式和幂函数经验式的三种变换反应动力学模型,以Simplex-Gauss-Newton复合法估计了相应的模型参数. 数理统计检验结果表明,三种动力学模型在统计学意义上均是可信的. 进一步的工业应用检验表明,由于结构上的不同,当用于非等温工业反应器性能分析时,三种模型预报的结果具有明显差异,相比之下,幂函数型动力学方程更适宜于描述LB型变换催化剂的动力学特性. 因此,由等温实验数据和传统的数理统计检验获得的动力学模型具有不确定性,为使动力学模型的应用更为可靠,对所建立的动力学模型进行工业应用检验是必要的.     

中温变换B110催化剂本征动力学的研究

常压下使用等温积分反应器研究了B110中温变换反应的本征动力学模型。在近似工业操作条件下进行了20组正交配置实验,用非线性最小二乘参效估值法确定了幂函数型变换反应的本征速率模型,同时估算了置信区间。发现六参数和四参数动力学模型都同样适用于所考察范围内的实验数据。     

Co/ZrO2/SiO2催化剂费-托合成反应动力学研究Ⅱ. 动力学模型的构建和回归

 在典型的Co系催化剂工业操作条件范围(T=473～503 K,p=1.5～4.0 MPa, H2/CO体积比=1.0～3.0)内,采用等温积分固定床反应器对Co/ZrO2/SiO2催化剂进行了F-T合成反应动力学研究. 依据详细可靠的基元反应机理,按照Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson动力学推导方法,获得了Co系催化剂上基于详细反应机理的动力学模型. 通过动力学实验数据的回归分析,发现基于COs直接解离并以烷基为链增长中间体的表面碳物种机理的动力学模型可以较好地描述Co/ZrO2/SiO2催化剂上的F-T合成反应结果,该模型可自洽地描述F-T合成过程中的合成气消耗和烃产物分布状况,且获得的反应活化能等关键动力学参数与文献报道的理论结果基本一致.     

甲醇分解系统复杂反应动力学研究

采用固定床直流积分反应器,在常压下、国产C301型铜基催化剂上,对甲醇分解反应本征动力学进行了测定,测定时的温度及浓度范围与合成甲醇工业操作条件相似。根据测定数据,应用改进高斯一牛顿法对动力学模型参数进行估值,得到了双响应动力学方程。     

丙烯腈尾气协同脱除多段组合催化动力学研究及CFD模拟

本文通过筛选出几种适用于不同气体脱除的最佳催化剂及明确催化剂最优组合顺序,采用固定床微型反应器进行丙烯腈尾气催化燃烧试验考察,获得本征动力学数据,并对动力学数据的可靠性进行计算验证;采用CFD数值模拟软件建立多孔介质二维数学模型,在实际工业废气条件下,对废气组分催化燃烧反应进行模拟,分析操作参数对废气催化燃烧特性的影响.通过模拟获得丙烯腈尾气脱除的最佳操作条件(流速:30000 h~(-1),入口温度:623 K,组分摩尔比:10:1,催化剂床层孔隙率:～0.7);在该最佳操作条件下,对两段式催化反应器进行模拟,得到了压降和绝热温升等反应器参数.     

工业Fe-Mn催化剂上费托合成反应动力学的研究

使用工业Fe-Mn催化剂,以搅拌釜反应器的实验数据为依据,受计算量子化学研究结果的启发,考察了两类费托合成反应机理,建立了相应的反应动力学模型并与文献模型进行了比较。结果表明,CO在氢参与下经含氧中间体解离的机理给出了最优的动力学模型,其与文献的结论一致。     

铁系高温变换催化剂上水煤气变换反应本征动力学的研究

采用活塞流管式积分反应器,在1.0 MPa压力下,对环境友好铁系无铬NBC-1型高温变换催化剂上变换反应本征动力学数据进行了测试。根据测定得到的数据,对幂函数动力学模型进行了模型参数估计和模型检验,得到了高度显著的动力学回归方程。从动力学方程可以得出:该高温变换催化剂上变换反应活化能比较低,因此其低温活性较好；该催化剂上H2O组分对反应速率的影响比较大；CO2对变换反应速率的抑制作用很大,因此为提高变换反应速率,应当设法减小CO2的不利影响；H2组分对反应速率的影响很小,在实际应用过程中,可以忽略。     

反式1,4-聚丁二烯的非等温结晶动力学研究

采用Nd(P5O7),-LiBu-AlEt3和AlEt3-VCI3两种催化剂体系分别合成了两种分子量与反式1,4单元结构含量不同的反式1,4-聚丁二烯样品(TPBD)。用DSC方法不仅研究了两样品六方相晶体的非等温结晶过程,同时还对单斜相结晶的非等温动力学过程进行了研究。Avrami方程分析显示,在低结晶度下TPBD六方相和单斜相的结晶生长过程呈现热成核的三维球晶生长。研究表明：虽然Ozawa方程在较低温度下能描述TPBD的六方相结构的实验数据,但不能完全描述在较高温度下六方相及单斜相非等温结晶过程,而用莫志深等建议的方程则能很好地描述TPBD六方相和单斜相非等温结晶过程。由Kissinger方程得到TPBD六方相和单斜相结晶的平均结晶活化能分别为-165．8kJ／mol和-220.5kJ／mol。     

片状催化剂F-T合成宏观动力学

采用固定床积分反应器,在工业条件下,对压片Ｆｅ－Ｃｕ－Ｋ催化剂进行了Ｆ－Ｔ合成宏观动力学考查。在稳态下,用集总的方法,在保持一定的轴向温度分布及取其平均温度条件下,求得两组宏观动力学方程,两者分别与实验数据吻合较好,同时两者之间也存在较好的一致性。     

Fe-ZSM-5 分子筛催化剂上N2O一步氧化苯制苯酚的积炭动力学

 采用等温固定床反应器和热重分析相结合的方法研究了 Fe-ZSM-5 分子筛上 N2O 一步氧化苯制苯酚的积炭行为, 考察了反应时间、温度和原料配比对积炭量的影响. 依据实验现象和积炭物组分分布的气相色谱-质谱分析结果, 提出了 Fe-ZSM-5 分子筛上 N2O 一步氧化苯制苯酚的积炭机理. 结果表明, Fe-ZSM-5 分子筛上的积炭物种主要来源于氧化产物苯酚的深度氧化, 属连串失活. 基于所提出的积炭机理和实验结果, 建立了 Fe-ZSM-5 分子筛催化剂的积炭动力学模型, 统计检验和残差分布检验表明, 所建模型与实验结果相容, 可靠性强.     

工业Fe-Mn催化剂上基于详细反应机理的F-T合成动力学模型Ⅱ.不同校正方法的动力学模型分析

 通过平衡闪蒸模拟催化剂孔道液体组成、烯烃物理吸附和虚拟烯烃分压等方法,考察了化学反应以外的非本征因素对F-T合成动力学模型的校正. 平衡闪蒸模拟催化剂孔道中烯烃组成的校正计算结果表明,在烯烃浓度出现峰值前,溶解度效应对烯烃再吸附及参与二次反应起主导作用,而在烯烃浓度出现峰值后,烯烃的扩散和物理吸附等效应可能起主导作用. 分析烯烃添加的反应器模拟结果发现,考虑烯烃物理吸附作用的动力学模型校正方法不能够正确反映烯烃添加实验的定性规律,而虚拟烯烃分压校正方法能够正确反映烃分布规律并可定量预测烯烃添加对产物分布规律的影响,这对需要尾气循环的F-T合成工业操作具有重要意义.     

PrFeO3上CO氧化脉冲及稳态动力学

ＰｒＦｅＯ３用柠檬酸络合制备。ＰｒＦｅＯ３经１０００℃灼烧４ｈ为钙钛矿结构，它经ＸＲＤ分析所验证。用ＣＯ还原催化剂及用Ｏ２再氧化还原催化剂的脉冲实验证实，ＰｒＦｅＯ３上ＣＯ氧化按Ｒｅｄｏｘ机理进行。用ＣＯ还原催化剂脉冲动力学方程，测定ＣＯ还原步骤的速常数及其活化能。用外循环流动无梯度反应器研究了ＰｒＦｅＯ３上ＣＯ氧化稳态动力学，其实验结果服从Ｒｅｄｏｘ机理动力学方程。并用正交设计法求出动力学参数值     

利用高通量技术研究钴基费托催化剂的宏观动力学

利用高通量技术设计并运行了16路平行动力学固定床反应器,用于测量不同接触时间下的稳态反应物消耗速率和产物生成速率,研究了钴基费托催化剂的宏观动力学,包括C1～C4烷烃与烯烃的稳态反应速率及其随床层的分布,以及它们与反应器温度的关系.在等温固定床非扩散限制的反应条件下,除C1和C2烃类外,Cn的生成速率及CO/H2的消耗速率均随接触时间的增加先上升后下降,且烯烃生成速率的最高点较烷烃更靠近反应器入口;反应温度对速率的影响与转化率有关:生成烷烃的表观活化能大于烯烃.高通量动力学反应器可用于生成宏观动力学数据库,以预测催化剂在工业固定床反应器中的行为.     

动力学方程控制表面反应的模拟模型和方法

提出了动力学方程控制表面反应的模拟模型和方法.该模型从最基本的质量作用定律出发,获得表面反应的动力学方程.而表面反应通过格子模拟反应器进行.通过表面催化样板反应"CO表面催化氧化"检验了该模拟模型和方法,与实验结果吻合.该模型可在其它复杂的表面催化反应体系中推广应用.     

蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢的动力学研究

400 ℃～460 ℃，400 h－1～1 600 h－1，O2/CH3OH(mol ratio)=0.10～0.25,H2O/CH3OH (mol ratio) =1.0～1.8下，通过正交实验设计方法，用BSD-2A型内循环无梯度反应器研究了Zn-Cr/CeO2-ZrO2蜂窝催化剂上甲醇自热重整制氢反应的宏观动力学。以甲醇水蒸气重整反应、甲醇分解反应和甲醇完全氧化反应为独立反应进行了研究，得出了幂指数型反应速率表达式,并根据实验结果，利用最小二乘法求解了动力学参数值。F检验表明该动力学模型是高度显著的。该多重反应动力学方程的得出为蜂窝反应器的进一步模拟、优化和设计提供了数据。     

以环己烷为溶剂菲的催化加氢裂解动力学研究

在微型反应器中,以氧化铝-分子筛为担体的Ni-Mo催化剂对环己烷中的菲的加氢裂解动力学进行了研究。考察了温度、压力和气液比对反应的影响。利用非线性Marquart方法对实验数据进行了回归,得到幂指数随温度倒数线性变化的幂速率方程,经动力学模型识别与检验,建立了菲加氢裂解反应的动力学速率方程。     

内扩散对裂解汽油中噻吩加氢脱硫反应的影响

采用等温积分管式反应器,在543 K～623 K、2.5 MPa～3.5 MPa、氢油摩尔比2～4的条件下,对Co-Mo/Al2O3催化剂上噻吩加氢脱硫反应的本征和宏观动力学进行了研究.运用Langmuir-Hinshelwood机理,推导出了噻吩加氢脱硫反应的动力学模型,并对模型参数进行了估值.统计检验和实验数据验证了动力学模型的合理性.通过Thiele模数的计算以及对新鲜和失活催化剂的孔径分布与碳含量的分析和比较表明,反应过程受催化剂内扩散的影响.利用本征和宏观反应速率方程计算得到了催化剂内扩散效率因子,其数值随反应温度的升高而明显减小,随氢油摩尔比的增加变化不明显.     

软胶体粒子形成束晶的动力学模拟

利用广义指数模型描述软胶体粒子, 结合分子动力学模拟研究软胶体粒子形成束晶的动力学过程. 通过等温压缩和等密度降温2个不同的过程, 研究了束晶形成过程中结构变化特征和动力学路径对结构的影响规律. 研究发现, 与蒙特卡洛模拟结果相比, 分子动力学模拟得到的结构随着密度的变化有明显的迟滞现象, 这是由于考虑了真实的动力学因素引起的差异. 此外, 在相同温度和压力下通过不同的动力学路径得到的相结构不完全相同, 这是由于动力学形成过程会对相结构产生很大的影响.     

Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝整体催化剂上低温水煤气变换反应动力学研究

采用微分反应器,研究了新型Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝催化剂上低温水煤气变换反应的动力学行为。利用非线性最小二乘法处理正交设计的实验数据,获得了动力学方程的模型参数。所得的结果符合幂函数型动力学方程,经F检验和相关指数检验,实验值和模拟计算值符合较好。在该催化剂上水煤气变换反应的活化能为70kJ/mol,与文献中报道的数值相吻合。该催化剂上反应速率对CO、H2O、H2和CO2的反应级数分别为0.09、0.88、-0.54和-0.11,与传统的Cu基低变催化剂上的反应级数相差较大。这表明,低温水煤气变换反应在两种催化剂上遵循不同的反应机理。