甲醇同系化制乙醇热力学研究

为了验证甲醇同系化制乙醇的可行性,并为相关的实验研究提供理论依据,采用HSC Chemistry软件对甲醇同系化制乙醇反应进行热力学分析,考察反应压力、反应温度和氢碳比对原料转化率和产物选择性等指标的影响。结果表明,在压力为4 MPa、温度为250℃、氢碳比为2.0∶1(MeOH/CO比为0.1∶0.9)最佳反应条件下,乙醇选择性为97.00%,氢气转化率为40.00%,一氧化碳转化率为100.00%,甲醇转化率为100.00%。甲醇同系化制乙醇实验研究表明,乙醇选择性与热力学理论值还有些差距,催化剂对于原料转化率和乙醇选择性还有待提高。     

甘油水蒸气重整制氢热力学分析

采用吉布斯自由能最小化原理计算甘油水蒸气重整制氢过程的平衡组成,该模型经实验结果验证,吻合良好。考察温度、压力、水/甘油物质的量之比对H_2、CO、CO_2、CH_4组成及选择性,积碳,原料平衡转化率及系统耗能的影响。计算结果表明:在高温低压及高水/甘油物质的量之比条件下有利于提高H_2产率,水/甘油物质的量之比大于4时可有效避免积碳,在873 K下,水/甘油物质的量之比大于20时即可完全消除CH4;结合各反应条件对上述关键反应过程参数的影响,推荐反应温度为823～1023 K,反应压力为常压,水/甘油物质的量之比6∶1～46∶1。甘油水蒸气重整反应过程在反应温度1023 K及水/甘油物质的量之比为9的典型工况下系统耗能占系统产生总能量的30%以上。     

催化剂表面酸性的改性对甲烷二氧化碳干重整反应的影响

文章以堇青石为载体,采取等体积浸渍法负载Ni,Co和Zr等活性金属组分对催化剂表面酸性进行改性,并研究了改性催化剂在CH_4-CO_2干重整反应中的催化反应性能。研究结果表明:在反应温度为750℃,压力为1.01×10~5Pa,以Ni-Co-Zr/C为催化剂的条件下,CH_4-CO_2干重整反应中的CH_4转化率为76.2%,CO_2转化率为83.9%,产物中H_2/CO的比值为0.88;催化剂表面酸性的改变有利于提升催化剂的活化性能和抗积碳性能。     

几种碳酸盐熔融体的粘度计算

熔融碳酸盐是一种良好的热载体和反应介质。计算了Na2CO3、K2CO3、Li2CO3及其混合熔融体的粘度,结果表明,碳酸盐熔融体的粘度随温度的升高而降低,并且变化明显。摩尔比为1∶1的K2CO3,Na2CO3熔融体在1 050 K时的粘度为0.4 Pa.s,摩尔比为1∶1∶1的K2CO3、Na2CO3、Li2CO3熔融体在1 200 K时的粘度为4.4×10 2 Pa.s,这说明碳酸盐在融化以后具有良好的流动性。     

微反应器内甲醇水蒸气重整制氢动力学研究

采用自制微型反应器和常规颗粒催化剂在常压、温度为450~550K、水醇比为1.1~1.3的条件下,通过沿反应通道控制催化剂颗粒梯级分布进行了甲醇水蒸气重整制氢的动力学测试。结果表明,重整产物中CO含量较低,可采用甲醇和水反应生成二氧化碳和氢气的单速率动力学模型;通过数据处理,得到如下动力学方程:rSR=3.72×1010exp(-1069762/RT)P0.C6H7302OHP0.3707H2O。F统计检验表明所得动力学模型的复相关指数大于0.9,且F统计量比置信域为99%的临界F统计量大10倍以上。所得动力学方程为实测中微型反应器的优化设计提供了数学模型基础。     

运行参数对甲醇重整制氢的热力学特性影响研究

针对以氢气为燃料的动力系统运行条件需求,构建了甲醇重整反应热力学和化学平衡反应体系,以某功率型号燃料电池/燃气轮机(Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine, SOFC/GT)混合动力系统为研究对象,分析其额定工况、变工况运行时,温度、水碳比和压力对各重整产物分布及产氢率的影响。结果表明:额定运行工况下,重整产物中H_2摩尔分数为49.8%,碳沉积现象消失;在变工况运行时温度对重整反应的热力学特性和化学平衡特性影响较大,当温度为912 K时产氢率达到峰值2.547,当温度为910 K时碳沉积现象消失,当温度高于912 K时不利于H_2的产生;水碳比增加有利于提升产氢率,降低H_2摩尔分数,减少积碳和CO的产生,当水碳比为2时产氢率达到2.48,当水碳比为1.25时碳沉积现象消失;压力对重整结果的影响相对较小,在温度为650～910 K时,降低压力有利于提高产氢率。     

焦炉荒煤气重整提质制氢的热力学分析

为了验证吸附强化焦炉荒煤气重整制氢工艺的可行性,并为相关的实验研究提供理论依据,文章采用HSC Chemistry软件对焦炉荒煤气全组分蒸汽重整反应进行热力学分析,研究反应温度、反应压力、S/C,CaO/C对H_2产率、浓度等的影响。研究结果表明:焦炉荒煤气蒸汽重整反应能够有效地脱除焦油组分,随着S/C的增大,H_2产率会得到明显提升,且最佳H2产率所对应的反应温度会随之降低,当S/C为5∶1,反应温度为700℃时,H_2产率为1.62 mol/mol,但H_2浓度仅为75%左右;CO_2吸附剂的加入会强化蒸汽重整反应,H_2产率、浓度均会显著提升,最佳重整反应区的反应温度会随之降低,当反应温度为500~600℃,S/C为5∶1,CaO/C为3∶1时,H2产率、浓度能够分别达到1.83 mol/mol,98%以上。     

稀释气体对天然气掺甲醇裂解气定容预混燃烧的影响

用H_2、CO体积比为2∶1的混合气来模拟甲醇裂解气(dissociated methanol,DM),在温度343K、压力0.3MPa的条件下基于燃烧压力、最高燃烧压力、爆炸指数及临界半径等参数研究了CH_4(60%)-DM(40%)预混气在添加稀释气体(N_2、CO_2)后的燃烧的变化情况。在不添加稀释气体的条件下,进行了同样初始温度和压力下的天然气(100%/60%/20%)-甲醇裂解气(0%/40%/80%)-空气预混燃烧的对比试验。结果表明:甲醇裂解气能加快压力上升,促进燃烧,缩短燃烧持续期,加速火焰胞状结构的出现,但在化学计量比及附近会降低最高燃烧压力;稀释气体则有降低最高燃烧压力和爆炸指数等抑制燃烧的作用,其中CO_2对燃烧的抑制作用强于N_2。     

HYDROGEN PRODUCTION RESERACH BY STEAM REFORMING OF ETHANOL OVER Ni-Cu/SrCeO3 CATALYST

利用固定床反应器对一系列自制催化剂Ni-Cu/SrCe03在乙醇水蒸气重整制氢反应中的催化性能进行考察,研究活性金属Ni的负载量、反应温度、水醇比对催化剂活性的影响.实验结果表明,Ni负载量为10％(质量分数)的催化剂Ni-Cu/SrCe03在乙醇重整制氢中表现出最佳催化活性,当反应温度为650℃,水醇比为8时,氢选择性达到最大值87.3％.     

菜籽油在亚临界水中的水解反应动力学模型研究

以菜籽油为生物柴油制备原料,研究菜籽油在亚临界水中的水解反应动力学方程.实验结果表明：菜籽油在亚临界水中的最佳反应条件为：反应温度290℃,反应时间40 min,反应压力24 MPa,油水体积比为1∶3（摩尔比为1∶220）,转化率最高可达到97％.同时,对此最佳反应条件下的水解反应进行动力学分析,确定了菜籽油在亚临界水中水解反应动力学模型参数：平均反应级数为0.7766,活化能为61.49 kJ/mol,频率因子为7 261.     

对甲苯磺酸催化麻疯树油甲酯化的实验研究

实验研究了麻疯树油在对甲苯磺酸催化剂的作用下与甲醇发生转酯化反应生成脂肪酸甲酯(生物柴油)的情况.实验结果表明,该转酯化反应的最佳操作条件为催化剂用量为麻疯树油量的5% 、油醇摩尔比为1∶ 3、反应时间为30 min、反应温度为70℃.     

甲醇裂解气对甲烷-空气预混层流燃烧特性的影响

采用定容燃烧弹-纹影系统,将H_2与CO按体积比为2∶1的混合气来模拟真实甲醇裂解气,进行了初始温度为343,K、初始压力为0.3,MPa下的甲烷-甲醇裂解气-空气预混燃烧试验,研究了不同当量比(0.6~1.8)和不同添加比例(20%,~80%,)的甲醇裂解气(其中V(H_2)∶V(CO)=2∶1)对甲烷-空气层流火焰燃烧速度、马克斯坦长度、火焰胞状结构及其影响参数等层流燃烧特性的影响,并在相同条件下单独添加CO,探究CO在甲醇裂解气中的作用.结果表明:甲醇裂解气能提高混合气层流火焰燃烧速度,在整个当量比范围尤其是稀燃时加强火焰不稳定性,促进胞状结构的产生.CO也能提高燃烧速度,但提升幅度比甲醇裂解气小,而且只有在大比例添加且当量比为1.2附近时才对火焰胞状不稳定性产生明显促进作用,即甲醇裂解气中对甲烷层流燃烧速度和火焰稳定性起主要影响的成分为H_2.     

超临界甲醇与黑松香制备生物柴油的反应研究

以重质松节油为溶剂,在无催化剂条件下进行超临界甲醇与黑松香的反应研究。考察反应时间、温度、压力和黑松香/甲醇质量比对反应的影响;检测黑松香基生物柴油的理化性能;拟合反应动力学模型。结果表明,较优反应条件为反应时间3 h,反应温度613 K,反应压力10~12 MPa,黑松香/甲醇质量比1∶0.8,反应酯化率为94.02%;黑松香基生物柴油B5的各项理化性能指标基本达到生物柴油调和燃料(B5)国家标准GB/T 25199—2010;采用积分法并结合Hooke-Jeeves模式搜索对反应动力学进行分析,黑松香与超临界甲醇的反应级数为1.42~1.62,平均反应级数为1.51,表观活化能为81.36 kJ/mol,动力学模型计算值与实验数据吻合良好。     

甲醇制取烃类燃料的实验研究

采用固定床反应器对不同温度和压力下甲醇制取烃类燃料进行了研究。催化剂选用沸石分子筛HZSM-5,Si/Al比为25;反应原料为甲醇水溶液(83%)。在体积空速为8h-1的条件下,研究了300、350、400、450℃及常压、1、1.5、2、2.5 MPa压力下甲醇的转化率、油相得率和气体得率。研究结果显示,反应的最佳温度为400℃、压力为2 MPa,在此条件下,甲醇转化率接近100%,油相得率最高。     

大豆酸化油制备生物柴油的研究

试验研究了大豆酸化油在复合酸催化剂的作用下与甲醇发生转酯化和酯化反应生成脂肪酸甲酯(生物柴油)的最佳反应条件.试验结果表明,该酯化及转酯化反应的最佳操作条件:复合酸催化剂的用量为大豆油质量的5%、油醇摩尔比为1:6、反应时间为6h、反应温度为65℃.     

棕榈酸叔丁酯的催化制备动力学分析及低温流动性分析

为研究生物柴油低温流动性,以4-二甲氨基吡啶(DMAP)为催化剂,棕榈酸与叔丁醇为原料反应合成棕榈酸叔丁酯。单因素试验分析表明,反应温度为82℃,反应时间为60 min,催化剂用量为10%,醇酸摩尔比为7.5∶1时转化率达到最高,最高转化率为93.10%;正交试验表明,对转化率的主要影响顺序为:反应温度、醇酸摩尔比、催化剂用量、反应时间。反应的最佳条件为:温度87℃,反应时间为60 min,催化剂用量为10%,醇酸摩尔比为10∶1,在此最佳条件下进行验证试验,得到转化率为95.68%;最后,对棕榈酸叔丁酯低温流动性进行了测定及分析。     

CuO-ZnO-Al_2O_3/蒙脱土催化二氧化碳加氢合成二甲醚

采用盐酸酸化的蒙脱土负载共沉淀法制备的CuO-ZnO-Al2O3,制备了CuO-ZnO-Al2O3/蒙脱土催化剂,用BET、FT-IR和XRD对催化剂结构进行了表征,并在固定床微型反应器中研究了其对二氧化碳加氢制备二甲醚的催化活性,在反应混合气空速为1 600 h-1,蒙脱土∶CuO-ZnO-Al2O3=3∶7(质量比)的条件下,测定了酸化浓度、反应温度、压力和H2/CO2体积比对催化活性的影响。结果表明,用1 mol/L HCl酸化蒙脱土,反应温度为545K,反应压力为3 MPa,H2/CO2体积比为3时,CO2的单程转化率达到26.5%,二甲醚的选择性和收率分别为16.7%和4.4%,甲醇和二甲醚的总收率达到15.7%。     

实验和模型分析NO_2对乙烷自点火敏化作用的动力学机制

针对NO_x生成机理开发以及如何有效利用NO_x组织高效燃烧方式,系统开展了NO_2介入对乙烷(C_2H_6)自点火行为影响的实验测量和模型分析.在反射激波温度为950～1,600,K,反射激波压力为0.12～2.00,MPa条件下测量了化学计量比混合气NO_2/C_2H_6/O_2/Ar(NO_2/C_2H_6摩尔分数比为0.3和1.0,Ar稀释度为96%,)点火延迟期.结果表明,在低压条件下(p=0.12,MPa),NO_2对C_2H_6点火延迟期影响甚微;在高压条件下(p≥0.50,MPa),NO_2在高温区(T1 250,K)表现出与低压情况相似的影响,促进作用不明显.但在低温区(T1 250,K),NO_2添加可明显缩短C_2H_6点火延迟期,且随温度降低促进作用变得愈加显著.以本研究新测实验数据为基础构建了一个C_2H_6/NO_2详细动力学机理.详细反应流分析详细阐释了NO_2对C_2H_6自点火敏化影响以及二者化学交互作用的动力学机制.     

激光激活氧分子作用下CH_4/O_2反应数值模拟

基于化学动力学模型GRI-Mech3.0机理,利用CHEMKIN4.0软件柱寒流反应器模型模拟了激光作用下CH_4/O_2燃烧反应过程.结果表明,通过激光作用控制反应过程,利用特定波长的激光将氧分子激发到相应的亚稳态,能够有效减少化学反应延迟时间.在波长762 nm、光强10 kW/cm~2(温度1 000 K,压强10~5 Pa)条件下,反应延迟时间由0.23 s减小为0.04 s.特别是在温度及压强较低情况下,反应延迟时间明显减小,具有较好的优化效果.     

煤制天然气过程催化甲烷化的数值模拟

两步法煤制天然气的第一步反应主要生产粗煤气CO和 H2,调整CO与 H2的比值后进行甲烷化反应。在计算软件HSC中分别控制反应温度、压力和CO与H2比例,计算了甲烷化产物变化规律,得到第二步甲烷化反应最适条件是1．8 M Pa、700℃;通过在计算软件FL U EN T 中进行一步对催化甲烷化反应的模拟,0．1 M Pa、720℃时的催化甲烷化即可达到无催化高压条件的甲烷摩尔产率,甲烷化产率最高时对应的n（H2）∶ n（C O ）比值为1．8。