F-T合成校正综合动力学模型

考虑了烯烃、醇与酸的再吸附及其非本征效应(烯烃、醇与酸在催化剂孔道中的扩散作用、物理吸附及溶解度效应)对产物分布的影响,推导了基于详细反应机理的亚甲基插入的烷基机理F-T合成校正综合动力学模型.利用文献数据对动力学模型进行了回归,获得了与文献报道结果相一致的动力学参数.由校正动力学模型计算的烷烃、烯烃、醇与酸产物分布及烯烃比、醇烃比及酸烃比与实验数据较好地吻合.动力学计算结果表明,在铁锰催化剂上,烷烃、烯烃、醇与酸生成的反应是平行竞争反应,烯烃、醇与酸在催化剂表面的再吸附及二次反应导致产物分布偏离了ASF分布.动力学研究还表明,相同碳数的醇与酸产物在催化剂表面上再吸附及二次反应的机会比相同碳数的烯烃大.通过比较相同碳数的烯烃、醇与酸的分子体积及沸点,指出了在铁锰催化剂上,低碳数的烯烃、醇与酸的再吸附及二次反应对产物分布影响的非本征效应中,烯烃、醇与酸的扩散阻力不是主导效应.     

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Ⅰ.烯烃再吸附动力学研究

 利用转篮式无梯度反应器,在工业Fe-Mn催化剂上,在较宽的工业操作相关的反应条件下进行了F-T合成反应动力学研究. 首次提出了利用转篮式无梯度反应器反应气氛和反应温度均一的优势,将烃生成反应动力学的估算从传统的对烃生成和水煤气变换这两类发生在不同活性中心的反应同时进行估算的方法中分离出来,简化了烃生成动力学模型的计算. 在基于亚甲基插入的亚烷基机理动力学模型基础上,考虑到乙烯与催化剂表面强的相互作用,将乙烯和乙烷的生成动力学参数单独计算. 动力学模型计算的链增长、烷烃和烯烃生成的活化能均与文献报道值具有较好的一致性. 由F-T合成动力学模型计算的合成气消耗速率、甲烷生成速率和C5+的生成速率较好地与实验值吻合. 通过动力学模型并结合实验结果分析发现,未考虑除化学反应之外的非本征因素的烯烃再吸附动力学模型不能够正确预测烃产物分布偏离ASF规律及烯烷比随碳数增加而下降的现象.     

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.     

CO和H_2在沉淀铁催化剂上的化学吸附和程序升温脱附

铁催化剂是一种重要的F-T 合成催化剂。本文的目的是通过CO 和H_2在浆态相F-T合成采用的无载体沉淀铁催化剂上的化学吸附和程序升温脱附(TPD)的实验结果,考察钾的加入对催化剂性能的影响。实验采用共沉淀法制备的Fe-Cu(Fe65w%;Cu 0.6w%,其余为平衡氧)和Fe-Cu-K(Fe,Cu 含量同上,K0.1w%,其余为平衡氧)两种催化剂。程序升温脱附实验在装有四极质谱仪的吸附-解吸系统内进行。化学吸附用Chemisorb 2800装置测     

铜锌催化剂上吸附动力学参数的非线性动态分析

本文得到了适应于一氧化碳加氢加压体系非线性动态分析不同吸附物种动力学参数的模型，并优化出工业铜锌催化剂上合成甲醇反应中可逆吸附氢和可逆吸附一氧化碳的吸附速率常数及吸附平衡常数。结果表明：铜锌催化剂上吸附可逆氢比吸附一氧化碳快７倍左右。由于铜锌催化剂上甲醇的生成是可逆吸附氢与可逆吸附一氧化碳共同作用的结果，且铜锌催化剂 可逆吸一氧化碳的表面浓度随气相一氧化碳分压的增加而增加，因而加压将有利于合成甲醇     

Co/ZrO2/SiO2催化剂上费-托合成反应动力学研究Ⅰ. 反应途径分析

 采用单位键指标-二次指数势(UBI-QEP)方法对模型催化剂Co(0001)晶面进行了费-托(F-T)合成反应的反应能学分析,发现以不含氧的CxHy,s 作为中间体的表面碳化物机理在能量上较为合理,而CH2,s 作为链增长单体的链增长方式是能量上最有利的F-T合成反应途径. 在Co/ZrO2/SiO2催化剂上的非稳态实验研究中发现,在F-T合成的操作温度范围内,H2O的生成是主要的表面O的移去方式; CO解离和表面碳物种Cs加氢可能是F-T合成中的重要速控步骤; 链增长过程是F-T合成反应中较快的基元反应步骤; 甲烷的生成具有多种不同活性的表面前驱体,导致生成的甲烷严重偏离经典的ASF分布规律. 结合F-T合成表面反应的研究结果,初步确定了F-T合成动力学研究中需要考虑的机理模型的范围是以CO解离和表面碳物种Cs加氢为速控步骤,以CH2,s 插入为链增长途径的表面碳化物机理. 该结果缩小了待选动力学模型的范围.     

丙烷甲醇制烯烃共反应的热力学和动力学分析

通过计算和实验研究相结合的方法研究丙烷甲醇共进料制烯烃反应热力学及动力学过程.热力学过程采用Gibbs最小自由能法模拟丙烷甲醇制烯烃反应体系的平衡组成,同时结合响应面分析法建立了温度、压力、丙烷甲醇进料摩尔比对产物中丙烯的摩尔分数的函数关系,通过回归方程分析最佳工艺范围.热力学分析了反应条件对平衡产物的影响,随着反应温度升高,平衡产物丙烯的质量分数先增高后降低;平衡产物中丙烯的质量分数随着丙烷甲醇进料中丙烷摩尔比增高而增高,但是实际的反应状态和催化剂也是相关的,因此研究了存在催化剂情况下,丙烷脱氢和丙烷甲醇共进料反应的活化能.反应活化能动力学实验表明,通过添加少量甲醇可以降低耦合过程中丙烷脱氢表观活化能.     

Effect of reduction temperature on the properties and Fischer-Tropsch synthesis performance of Fe-Mo catalysts

研究了还原温度对Fe-Mo催化剂性质及费托(F-T)合成性能的影响.采用N2物理吸附、X射线衍射、穆斯堡尔谱和H2程序升温脱附技术对催化剂进行了表征.结果表明,随还原温度升高,金属铁晶粒粒径增大,金属铁上的H2吸附量先升后降;催化剂还原度提高,反应态催化剂碳化铁含量递增.催化剂F-T合成性能在280℃、1.5MPa、2000h-1、合成气H2/CO比为2.0条件下在固定床反应器中测试.反应结果表明,随还原温度提高,催化剂接近稳态时的活性和重质烃选择性(C5+)先升后降,而甲烷选择性则先降后升.350℃还原催化剂具有最佳F-T合成反应性能.     

还原温度对Fe-Mo催化剂性质及F-T合成性能的影响

研究了还原温度对Fe-Mo催化剂性质及费托(F-T)合成性能的影响。采用N₂物理吸附、X射线衍射、穆斯堡尔谱和H₂程序升温脱附技术对催化剂进行了表征。结果表明,随还原温度升高,金属铁晶粒粒径增大,金属铁上的H₂吸附量先升后降;催化剂还原度提高,反应态催化剂碳化铁含量递增。催化剂F-T合成性能在280 ℃、1.5 MPa、2 000 h^-1、合成气H₂/CO比为2.0条件下在固定床反应器中测试。反应结果表明,随还原温度提高,催化剂接近稳态时的活性和重质烃选择性(C₅⁺)先升后降,而甲烷选择性则先降后升。350 ℃还原催化剂具有最佳F-T合成反应性能。     

催化剂的孔道限域效应

限域孔道可以调控催化剂的表面电子分布和几何结构,进而影响催化剂的活性、选择性和稳定性.本文结合理论计算和实验方法,从热力学、动力学、几何效应以及电子转移等角度出发,阐明了不同限域体系中催化剂活性组分和反应分子特性的差异,揭示了限域孔道对反应物种扩散、吸附和反应等过程的影响规律,以期为催化剂的微观结构设计和反应性能调控提供借鉴.     

1-丁烯氢甲酰化反应的宏观动力学研究

采用三苯基膦羰基氢化铑作为催化剂,进行1-丁烯氢甲酰化合成戊醛反应,主要考察温度、铑浓度、配体浓度、丁烯浓度、合成气中H2和CO分压等因素对反应速率的影响.动力学研究表明温度、Rh浓度、丁烯浓度和H2分压的增加均可提高反应速度,CO分压和配体量的增加使反应速度降低.给出了RhH(CO)(PPh3)3催化1-丁烯氢甲酰化的反应动力学方程,并采用非线性最小二乘法对模型进行参数估值,计算值与实验值具有较好的一致性.     

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=1000 h-1,p=1.5 MPa和t=250 ℃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.     

担体对Fe—MnO催化剂CO＋H2反应性能的影响

考察氧化物担体对Fe-MnO催化剂反应性能影响的结果表明,担体的类型对Fe-MnO催化剂CO加氢反应性能影响很大,其低碳烯烃选择性相差悬殊,Al_2O_3、SiO_2和MgO担载的Fe-MnO催化剂都不利于低碳烯烃的生成,而TiO_2担载的Fe-MnO催化剂则具有较高的烯烃选择性和催化活性。从担体-金属相互作用本质的差异,研究了担体对金属活性组分化学状态的影响及催化活性相与F-T合成烯烃的关系,发现担体-金属间的电子效应有利于催化剂活性和选择性的提高,其它物理化学效应引起的相互作用则不利于改善催化剂性能;还表明Fe_(?)C是催化活性相,Fe~(2+)物种的存在不利于提高烯烃的选择性。     

有机膦配位催化剂的结构与活性关系 Ⅶ．碱性添加剂作用的原位红外光谱研究

本文报导了应用加压原位红外光谱技术考察ＫＯＨ添加剂对钴－膦催化剂平衡系统的组成及催化活性物种的影响．结果表明，羧酸钴─三烷基膦组成的二元体系催化剂在烯烃氢甲酰化条件下生成了游离的羧酸使烯烃异构化副反应增加．添加适量的ＫＯＨ，组成钴－膦－钾三元体系催化剂，中和了部分游离羧酸，使烯烃异构化副反应显著减少．但是ＫＯＨ过量时，在催化剂平衡体系中生成较多的非活性的［Ｃｏ（ＣＯ）_４］－离子，使催化活性物种ＨＣｏ（ＣＯ）_３Ｌ的浓度明显减少．从而降低了高碳醇的生成速度．     

结构助剂SiO2、Al2O3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂，研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较，SiO2抑制了H2的吸附，但促进了CO的吸附，有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明，Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应（WGS）活性，且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移，而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应（WGS）活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/Al2O3催化剂比Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有更好的运行稳定性。     

苯与乙烯在ZSM－5上的烷基化反应──Ⅰ．动力学规律及反应机理

用无梯度反应器在１．１ＭＰａ，６２８Ｋ到７１３Ｋ范围内研究了低浓度乙烯和苯在ＺＳＭ－５催化剂上烷基化反应的动力学规律．实验发现，乙烯的转化速率与苯分压无关；苯生成乙苯的选择性随苯分压增加而增高，但与乙烯分压无关．实验结果清楚地表明；乙烯在活性位上的吸附是反应的控制步骤；苯的吸附属弱吸附，吸附粒子既不成为活性分子，也不影响乙烯的吸附，但有效地阻止了乙烯的双分子聚合反应，使烷基化反应顺利进行．     

双孔道管状有序介孔炭对维生素B12的吸附缓释性能

通过纳米铸型法,以硅基介孔分子筛SBA-15为模板,糠醇为碳源,草酸作为聚合催化剂合成了具有双孔道管状有序介孔炭CMK-5.利用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气物理吸附法等对其结构进行了表征.结果表明合成的CMK-5具有有序结构,比表面积和孔容积分别高达1856 m2·g-1和2.10 cm3·g-1,在3.1和5.5nm具有集中的双孔分布.由于独特的双孔道结构特点,CMK-5在120 min内快速吸附维生素B12至平衡,吸附量高达943 mg·g-1,远高于商用活性炭.CMK-5吸附维生素B12后可以直接用于缓释,动态缓释浓度维持在～9 mg·L-1,适用于维生素B12分子在人体内的缓释.     

Pt,Ru和Pd助剂对F-T合成中Co/γ-Al2O3催化剂性能的影响

 采用浸渍法制备了添加贵金属Pt,Ru和Pd助剂的Co/γ-Al2O3催化剂,并考察了它们在F-T合成反应中的催化性能. 结果表明,添加贵金属助剂可以显著提高Co/γ-Al2O3催化剂的催化活性. XRD和TPR表征结果表明,贵金属助剂不但可以使催化剂的金属分散度增加,而且可以通过氢溢流促进催化剂表面活性相的Co3O4以及与载体Al2O3有相互作用的非活性相钴氧化物物种的还原,从而改善催化剂的还原性能. TPSR结果进一步表明,添加贵金属助剂后催化剂对CO的吸附解离能力增强,从而使吸附态CO的加氢活性提高.     

载体效应对Ru催化剂F-T反应性能的影响

采用浸渍法将Ru负载于SiO₂、Al₂O₃和Beta分子筛制备了不同载体的Ru基F-T合成催化剂。通过N₂-物理吸附、XRD、NH₃-TPD、H₂-TPR、H₂-TPD、XPS和CO-DRIFTS等表征方法对不同催化剂的织构、物相、酸性、还原性质、吸附性能和电子状态信息进行了考察,并对不同载体催化剂的F-T反应性能及产物分布进行了研究。结果表明,不同载体Ru基催化剂在金属分散度、还原性质、对氢气吸附性能和电子状态等方面均存在较大差异。其中,酸性较弱的Ru/SiO₂催化剂具有较弱的金属载体相互作用、较小的颗粒粒径和较高的电子密度,同时该催化剂的Ru金属平台位点较多,导致其在F-T反应过程中表现较好的反应稳定性,其产物以重质烃为主,CH₄和轻质烃选择性较低。     

煤催化气化中非均相反应动力学的研究

以神木煤焦为研究对象,在小型加压固定床上考察了不同气化剂(水蒸气、二氧化碳、氢气)、催化剂负载量、水蒸气分压、氢气分压和一氧化碳分压对碳转化率和气化反应速率的影响。结果表明,对于非均相的催化气化反应来说,反应速率顺序为C-H2OC-CO2C-H2。H2和CO不同程度地抑制煤焦水蒸气气化反应,CO的抑制作用明显大于H2。在700℃,当添加5%的CO,碳转化率降低约50%。基于Langmuir-Hinshelwood(L-H)方程,结合随机孔模型,同时考虑催化剂负载量及气化产物分压的影响,建立了煤焦催化水蒸气气化动力学模型,模型预测反应速率常数与实验值误差在10%以内,说明建立的动力学模型可以较好地模拟煤焦的催化水蒸气气化反应过程。