CO铜基变换催化剂PH_3中毒热力学研究

采用热力学非均相反应体系中的Gibbs自由能最小原理,从理论上分析一氧化碳变换催化剂在高炉煤气气氛下,PH3对铜基催化剂的毒害过程可能发生的化学反应及产物,并对各个反应的吉布斯自由能及化学反应平衡常数进行了对比分析,从而进一步了解CO变换催化剂在高炉煤气气氛下的中毒机理,经过分析可得出:PH3对铜基低温变换催化剂在100—300℃的活性温度下,可使催化剂造成暂时或永久性的失活,主要的中毒产物为CuP2,CuO,Cu2O,Cu3(PO4)2,C,且高炉煤气自身的主要气体混合也可造成催化剂中毒。其中氧气的存在极易造成铜基催化剂的中毒,其中低温变换催化剂的活性物质Cu微晶与O2反应生成Cu2P2O7的吉布斯自由能小于零且绝对值最大,热力学平衡常数最大,该反应是竞争能力最强的主导反应。     

CO铁基高温变换催化剂羰基硫中毒热力学

采用热力学计算方法分析了高温铁基变换催化剂在密闭电石炉气条件下与羰基硫(COS)可能发生的反应及其产物,比较不同反应的吉布斯自由能和化学平衡常数。结果表明,在催化活性温度300~600℃,COS,Fe3O4与O2反应生成Fe2(SO4)3和CO2的反应的吉布斯自由能小于0且绝对值最大,热力学平衡常数最大,是竞争能力最强的主导反应。所有可能发生的反应的主要产物为FeSO4,Fe7S8和FeS,会使催化剂永久地丧失部分或全部活性,造成永久性中毒。     

CS_2毒化Cu/ZnO/Al_2O_3水汽变换催化剂热力学分析

利用HSC 6.0热化学数据库对Cu/ZnO/Al_2O_3水汽变换催化剂CS_2中毒进行了热力学计算。分析了催化剂的活性组分、抗毒成分和载体在变换条件下可能发生的化学反应和产物。结果表明:变换原料气组分(CO、H_2O)能引起催化剂CS_2中毒。其中,CO对催化剂CS_2中毒的影响最大,中毒产物为CuS、SO_3和C。温度高于280℃时,ZnO提高了催化剂的抗毒性。Al_2O_3载体化学性质未受到反应气氛(CS_2、CO、H_2O)的明显影响。     

铜基低变催化剂H_2S中毒机理热力学分析

为掌握CO变换制氢过程中催化剂中毒机理,采用热力学非均相反应体系中G ibbs自由能最小原理,分析了铜基低温变换催化剂在463.15—523.15 K内H2S中毒过程中可能发生的化学反应及其产物,并结合文献实验结果综合讨论了铜基低温变换催化剂的H2S中毒机理。结果表明:催化剂的H2S中毒过程中,硫酸盐和积碳会造成催化剂的暂时性中毒,生成Cu2S和CuS化合物造成永久性中毒;O2的存在会加快催化剂的中毒反应;铜基低温变换催化剂不适合用于含高体积分数CO原料气的变换反应过程。     

CO变换制氢催化剂PH3中毒的热力学

从热力学角度分析了高温变换温度范围内B112型变换催化剂PH3中毒过程中可能发生的化学反应及其产物,确定导致催化剂中毒的主导反应.结果表明,在623～803 K,催化剂活性中心Fe3O4和PH3在不同气氛下会生成不同的磷铁化合物.在O2,CO,CO2和H2O气体分别参与Fe3O4和PH3反应时,都可能生成FeP,FeP...     

铜基低温水汽变换催化剂HF中毒热力学分析

采用HSC Chemistry 5.1软件计算了铜基催化剂在低温(150~300℃)水汽变换条件下发生HF中毒的热力学可能性,分析和讨论了催化剂中毒可能发生的化学反应及中毒产物。结果表明,变换原料气的主要组分(CO、H_2、H_2O、N_2、O_2)中,仅有O_2能导致催化剂发生HF中毒,升高活性温度能抑制中毒反应的自发向右进行,中毒产物由易到难的生成顺序为CuF_2CuFCu(OH)_2。     

碳还原重晶石制备硫化钡的热力学研究

运用热力学计算软件HSC对碳还原重晶石制备硫化钡的热力学进行了研究,计算了不同温度下反应体系可能发生的反应的标准摩尔焓变、吉布斯自由能和平衡常数,分析了各热力学参数与温度之间的关系,考察了反应温度、反应气氛、原料组成、原料杂质对硫酸钡转化率的影响。结果表明:迅速提高反应温度,避免反应物在低温停留时间,有利于提高硫化钡生成率;进入体系的O2含量、C含量应适量;原料中Si O2、Fe2O3和Al2O3等杂质会降低产物Ba S含量。     

铜基水汽变换催化剂NH_3中毒热力学研究

采用HSC 6.0热力学计算程序对铜基水汽变换催化剂NH_3中毒进行了计算模拟。分析了变换原料气中气相杂质NH_3存在时可能发生的化学反应和产物。结果表明:NH_3和CO共存时能导致催化剂中毒,温度未能显著影响中毒反应的自发程度,最易生成的中毒产物为Cu_2O。     

钴基费托合成催化剂硫中毒热力学分析

基于热力学基础数据和HSC Chemistry计算软件对473—623 K温度范围内钴基费托合成催化剂硫中毒反应的焓变、吉布斯自由能以及平衡常数等热力学数据进行了计算,分析了不同反应步骤的热力平衡与限度,对钴基催化剂硫中毒反应的热力学可能性与生成顺序进行了判断。结果表明:从热力学角度,钴基催化剂硫中毒均是放热反应,均能够自发进行;对于不同反应,其平衡常数差异很大,对应硫中毒反应发生时,所需H_2S和COS的质量分数也不同,对COS的要求更为严格,并获得了H_2S和COS的中毒极限,即原料气中的硫化物质量分数应低于10~(-9)级;所获得的热力学基础数据可为抗硫性钴基费托合成催化剂的改性开发提供一定的数据依据和理论指导。     

费托合成反应体系的热力学计算与分析

利用Benson基团贡献法和ABWY法估算了费托合成产物的标准生成焓、标准熵和摩尔定压热容,对费托合成反应体系的热力学性质进行了详尽的计算,得到不同反应温度下的反应焓、吉布斯自由能以及反应平衡常数等热力学性质。分析了不同反应步骤的热力平衡与限度,对反应生成烷烃、烯烃、含氧有机化合物的热力学可能性与生成顺序进行了判断,考察了温度和H2与CO摩尔比对合成气平衡转化率的影响。结果表明:费托合成反应是放热反应,低温时大部分反应在热力学上都能够自发地进行,并运行到很高的程度;高温时(大于635 K)生成烷烃、烯烃、醇及酸的大部分反应在热力学上不能自发进行;随着温度的升高,平衡转化率降低,随着H2与CO摩尔比的增大,平衡转化率升高;且所获的热力学数据对费托合成工艺研究及相关催化剂研发等具有重要的参考价值。     

添加Fe2O3对碳热还原含钛高炉渣的影响

以攀枝花含钛高炉渣为原料,针对碳热还原含钛高炉渣的还原产物TiC晶粒粒径较小而难以分离的问题,在原料中添加不同比例的Fe2O3促进TiC与渣相分离. 结果表明,原料中加入Fe2O3后,还原产物中Fe在渣中呈弥散分布,渣中TiC晶粒依附Fe相生长. Fe2O3添加量为5wt%时,依附于Fe相形核长大的TiC明显沉降,富集于还原产物底部,含钛高炉渣还原产物中TiC初步富集.     

Atomistic thermodynamics study of the adsorption and the effects of water–gas shift reactants on Cu catalysts under reaction conditions

Density-functional theory (DFT) calculations were performed to determine the structure and stability of oxygen, carbon monoxide and sulfur adsorption on Cu(111), (100) and (110) surfaces that are in equilibrium with a water–gas shift (WGS) reactive environment of H₂, H₂S, H₂O and CO. An atomistic thermodynamic framework based on DFT was used for describing the phase behaviors of the adsorbates on different Cu facets. Phase diagrams of each possible adsorbate on each surface were constructed as a function of the corresponding chemical potential which showed sulfur poisoning occurs even at ppm levels of H₂S in the environment at low temperatures. Under reaction conditions relevant to WGS at low temperature, CO and S adsorbed surface structures were found to be more stable then the clean catalyst surfaces. At high temperatures and high hydrogen pressures, a poisoned surface can be regenerated back to a clean surface. The shapes of a Cu nanoparticle in the WGS reaction conditions under various sulfur chemical potentials were determined using the Wulff construction. We found that the crystal shape changes significantly from one dominated by (111) and (100) facets at very low sulfur chemical potentials to a shape dominated by (110) facets at higher sulfur chemical potentials, suggesting that reactive site distributions may change under reaction conditions.     

二氧化碳和水蒸气重整制甲醇的热力学分析

二氧化碳和水蒸气重整制甲醇是有效利用二氧化碳资源的重要途径,具有重要的经济和环保意义。从热力学角度进行分析,找出合理的反应条件,以提高甲醇的选择性和收率,对指导CO2和H2O反应具有重要意义。文中基于Gibbs最小自由能原理对该体系的热力学平衡进行了相关计算,分析了温度、压力、原料配比H2O/CO2等条件对该反应体系平衡组成的影响。结果表明:改变温度对体系的平衡组成影响不大,而体系的平衡组成随着压力和原料配比H2O/CO2的增大而增大。得到优化反应条件为初始原料摩尔比n(H2O)/n(CO2)为7∶3,温度约为500 K,压力为8 MPa。这对二氧化碳水蒸气重整制甲醇反应条件的优化具有一定的指导价值。     

放散高炉煤气的碳减排利用途径研究

针对高炉煤气中氮气与CO、CO_2分离困难,开发出回收其中CO和CO_2的变压吸附新技术.CO和CO_2与变压吸附从焦炉煤气中提取的H_2配合,可获得满足要求的甲醇合成气,并同时保证钢铁生产的物质平衡和能量平衡.新工艺为物理分离、混合过程,不包含转化等反应步骤,过程简单,是一种高炉煤气碳减排利用的有效方法.     

悬浮床加氢脱硫尾气水蒸气转化制氢热力学

以悬浮床加氢脱硫尾气为水蒸气转化制氢原料,采用改进的原子序数矩阵法构建了包含6个独立反应的化学反应体系。分别考察各个独立反应在不同反应温度下,标准摩尔反应焓、吉布斯自由能变及平衡常数的变化规律;借助HYSYS流程模拟软件中的GIBBS反应器,研究反应器出口温度、反应压力及水碳物质的量之比对产物平衡组成的影响。热力学研究结果表明：烷烃碳数越高,水蒸气转化反应的平衡常数、吉布斯自由能变和标准摩尔焓对温度的敏感性越高,达到相同转化效果所需的反应温度越低。HYSYS模拟确定该体系下最适宜的反应条件为反应器出口温度700℃、反应压力100kPa、水碳物质的量之比4。     

焦炉煤气化学链置换燃烧模拟研究

以焦炉煤气(COG,coke oven gas)为燃料,研究了CaSO4载氧体在燃料反应器(FR,fuel reactor)内的还原性,从原子层面对反应路径进行了探讨分析。当反应温度较低时(100~300℃),主要发生CO-H2甲烷化反应和CH4-CaSO4热化学硫酸盐还原反应,CaCO3与H2S是该温度范围内的主要产物。当反应温度较高时(400~1000℃),CaSO4与CO、H2和CH4之间的还原反应占据了主导地位,CaS、H2O和CO2是该温度范围内的主要产物。当反应温度进一步升高时(1000~1400℃),CaSO4与CaS发生固固反应生成大量的副产物SO2和CaO。温度和压力对产物中硫化物的分布有很大影响,在反应温度为1000℃,压力为0.1 MPa时,焦炉煤气的燃烧反应进行的很充分,但是反应在加压条件下进行时,CaSO4、CaS和H2S含量会有明显的下降,而SO2含量有一定程度的增加。     

柴油在氮气存在条件下还原铜渣中磁性铁的模拟

为降低火法冶金炉渣中磁性铁含量以回收铜,采用柴油在N2存在条件下还原铜渣中Fe3O4;并基于吉布斯自由能最小化原理,建立平衡模型,探讨了反应温度（1220～1280℃）、N2加入量（480～960m3/d）、油渣比（0.5～2.9L/t）对Fe3O4还原反应的影响。结果表明：柴油裂解,主要生成C和H2;同时,反应中气体体积发生膨胀。提高反应温度和N2加入量,裂解产物摩尔分数基本保持不变。Fe3O4与柴油裂解产物的反应平衡常数大,反应程度高,Fe3O4被还原成FeO。油渣比增加,Fe3O4还原率呈线性增加。柴油裂解和柴油在氮气存在条件下还原铜渣中Fe3O4反应都是吸热过程。     

CO气相偶联合成草酸二乙酯反应热力学分析

采用Joback基团贡献法推导了亚硝酸乙酯的摩尔定压热容与温度的关系式,并估算了亚硝酸乙酯和碳酸二乙酯的标准摩尔生成吉布斯自由能.综合物性手册中各化合物的热力学函数,计算了CO偶联合成草酸二乙酯反应中主反应和副反应的反应热、反应吉布斯自由能和平衡常数,并对此进行了分析,发现较低的反应温度有利于草酸二乙酯的生成,且主反应...     

炼磷高炉单元模拟

本文是高炉炼磷过程模拟工作的一部分,它着重讨论了高炉单元模块的各种操作参数,如:热风温度、富氧度、喷吹天然气量、水蒸汽量、煤粉量、火焰温度等相互之间的关系以及它们变化时引起的过程变化,可代替许多局部试验,为高炉炼磷的扩大试验带来效益。