典型单环和双环芳烃加氢热力学分析

考察了典型的单环和双环芳烃加氢反应的热力学,利用热力学数据库软件HSC-Chemistry 4.0对典型芳烃加氢反应过程的热力学进行了讨论,分析了反应过程的可行性。在100～400℃内,苯及其同系物加氢反应的反应自由能变随反应温度的升高近似线性增大,反应平衡常数随反应温度的升高而降低。计算了温度、压力和氢气与芳烃的摩尔比3个因素对苯加氢平衡转化率的影响。在选定反应温度时,提高反应系统的压力和氢气与芳烃的摩尔比,都可使苯加氢生成环己烷的平衡转化率增大。对于萘加氢反应体系,考察了温度和压力对反应体系含氢基平衡组成的影响。热力学计算为选择反应过程的操作参数和条件提供了数据依据,为芳烃加氢催化剂研究和技术开发提供了理论指导。     

CO2加氢合成二甲醚过程的热力学分析

采用Peng—Robinson状态方程对CO2加氢合成二甲醚进行了热力学分析,考察了温度、压力、氢碳比、水、CO和惰性气体对平衡的影响。结果表明,增大反应压力、提高氢碳比、适当降低温度有利于提高CO2转化率和二甲醚选择性。原料气中水含量的增大可显著降低CO2转化率和二甲醚选择性;提高进料气中CO含量,改变了逆水汽变换反应方向,使CO2转化率显著降低,二甲醚收率上升,CO加氢反应占主导地位;惰性气体对反应平衡的影响不显著。     

醋酸甲酯加氢反应的热力学计算与分析

对醋酸甲酯加氢制乙醇反应体系进行了热力学分析。计算了各独立反应的标准摩尔反应吉布斯自由能,分析了温度、压力、氢气与醋酸甲酯的摩尔比(氢酯比)对反应体系平衡组成的影响以及对醋酸甲酯转化率和乙醇选择性的影响。计算和分析结果表明,各独立反应在423~723 K内的标准摩尔吉布斯自由能均大于0,没有适宜的压力和氢酯比反应将很难进行;较低的温度有利于乙醇的生成和抑制副产物的产生,适宜的温度为423~550 K;在压力低于2.0 MPa时,醋酸甲酯转化率和乙醇选择性均随压力的升高而快速增加,适宜的压力为2.0~3.0 MPa;在氢酯比低于10时,醋酸甲酯转化率和乙醇选择性均随氢酯比的增大而快速增加,适宜的氢酯比为10~20。     

二甲醚-甲醇-水体系精馏的实验研究

在装有丝绕矩形螺旋圈填料的精馏塔内进行二甲醚-甲醇-水三元体系精馏实验,原料在填料层的中部加入,在压力0．55MPa-0．95MPa,进料温度20℃～80℃,回流比0．1～0．6,进料中二甲醚摩尔分率0．0705～0．1354的范围内,考察了操作条件对二甲醚精馏的影响。实验结果表明：随着回流比和进料中二甲醚摩尔分率的增加,塔顶二甲醚的含量随之增大;随着操作压力的升高,塔顶二甲醚的含量减小;进料温度不大于70℃为宜。建立了二甲醚精馏塔的平衡级稳态数学模型,采用序贯的循环嵌套迭代计算方法对模型进行求解;结果表明模拟计算值和实验值吻合良好。     

二甲醚自热重整制氢热力学分析及实验

用GIBBS最小自由能法对二甲醚(DME)自热重整制氢过程进行了热力学分析,在绝热条件下计算了反应产物中各组分的体积含量随水醚比(1～6),氧醚比(0.2～0.8)和压力(0.1MPa～0.6MPa)的变化关系。结果表明:H2的体积含量随压力的增加呈降低趋势;在标准大气压下,H2的体积含量随水醚比和氧醚比的增大都呈先增后降低趋势。氧醚比不变的条件下,随着水醚比的增加,CO与CH4的体积含量呈降低趋势,CO2的体积含量呈增加趋势。最后,在自制实验台上进行二甲醚自热重整制氢的实验研究,将该实验结果与热力学分析结果进行了对比分析,结果证明用GIBBS最小自由能法分析得到的H2,CO,CH4和CO2的体积分数随水醚比的变化趋势与实验结果较为一致。     

CO和/或CO_2加氢直接合成二甲醚过程的热力学分析

对CO和/或CO2加氢直接合成二甲醚反应体系进行了热力学计算与分析,计算了不同初始原料气组成、温度、压力下反应体系中二甲醚的平衡收率。结果表明:二甲醚平衡收率随着温度的升高而降低,随着压力和n(CO)/n(CO+CO2)比值的升高而升高。还给出CO、CO2混合加氢合成甲醇反应体系的热力学计算结果进行对照。     

邻苯二酚和甲醇合成邻苯二甲醚的热力学分析

采用Benson基团贡献法根据邻苯二酚、甲醇、邻苯二甲醚、愈创木酚和水的焓值、熵值、热容值计算反应体系的焓变Δ_rH_m、自由能变Δ_rG_m、平衡常数和邻苯二酚的平衡转化率。结果表明:在400～800K范围内为放热反应,低温有利于反应进行,反应的吉布斯自由能均小于零,可自发进行,邻苯二酚的平衡转化率随着温度的降低和甲醇与邻苯二酚的物质的量比的增加而升高,当甲醇与邻苯二酚的物质的量比为3时转化率大于99%。通过热力学分析为优化反应工艺提供了依据。     

柠檬酸与正丁醇合成柠檬酸三丁酯的热力学分析

采用Benson基团贡献法,对柠檬酸和正丁醇合成柠檬酸三丁酯反应体系进行了反应焓变、熵变、吉布斯自由能变和平衡常数的计算;在300～1 000 K温度范围内,研究了该酯化反应的焓变、熵变和吉布斯自由能变随反应温度的变化以及正丁醇与柠檬酸的摩尔比(醇酸比)对柠檬酸平衡转化率的影响。计算结果表明,该反应为吸热反应;在考察温度范围内,该反应在热力学上是可行的;吉布斯自由能变随反应温度的升高而降低,说明高温有利于反应的进行;醇酸比的提高可以使柠檬酸的平衡转化率增大,理论上最高转化率可达0.990。     

Cu-ZnO-Al_2O_3-ZrO_2/HZSM-5催化剂上CO_2加氢合成二甲醚

采用共沉淀法和机械混合法合成了Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂,研究了该催化剂催化CO2加氢合成二甲醚反应的性能,考察了HZSM-5分子筛的硅铝比、反应温度和反应压力对CO2转化率、二甲醚选择性和收率的影响。实验结果表明,随硅铝比的增大,二甲醚选择性和收率呈峰形变化特性;随反应温度的升高,CO2转化率增加,二甲醚选择性降低;而随反应压力的升高,二甲醚选择性增加。当硅铝比(n(SiO2)∶n(Al2O3))为50、反应温度和压力为250℃和3.0 MPa时,CO2转化率达到19.6%,二甲醚的选择性和收率分别为47.0%和9.2%。H2-TPR,NH3-TPD,XRD表征结果显示,Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂中HZSM-5分子筛的结构没有明显变化,但硅铝比的变化影响双功能催化剂的酸性,HZSM-5分子筛的加入使Cu的还原温度降低。     

醋酸直接加氢制乙醇反应热力学研究

对醋酸直接加氢制乙醇反应的热力学进行了研究。首先根据主副反应的反应物和产物的热力学参数,计算了主副反应的标准摩尔反应焓和标准平衡常数,并进一步研究了反应温度、反应压力以及氢酸的物质的量比对醋酸平衡转化率、乙醇选择性、乙酸乙酯选择性的影响。结果表明,醋酸直接加氢制乙醇的主反应为放热反应且放热量较大,同时放热量随着反应温度的升高而升高,而生成乙酸乙酯的副反应放热量较小且随反应温度的升高而降低;主反应及生成乙酸乙酯的副反应的标准平衡常数都随反应温度的升高而降低,特别是反应温度低于250℃时,下降趋势显著;醋酸平衡转化率和乙醇选择性皆随着反应温度的升高而降低,随着反应压力或氢酸的物质的量比的升高而增加,乙酸乙酯选择性与之相反;分析结果表明该反应较适合的反应条件为200~300℃,2~3MPa、氢酸的物质的量比为10~20。     

二甲醚水蒸气重整催化剂的研究

采用二甲醚水解活性组分与甲醇重整活性组分机械混合的方式,制备了一系列二甲醚水蒸气重整(DMESR)双功能催化剂。分别考察了不同二甲醚水解活性组分和甲醇重整活性组分对催化性能的影响,活性测试结果表明,γ-Al2O3是最佳二甲醚水解活性组分,CuMn复合氧化物是最佳甲醇重整活性组分。两者按适当比例混合而成的CuMn/γ-Al2O3双功能催化剂具有较好的DMESR综合性能,且其最佳反应温度为350℃。在常压、350℃时,DME转化率为98.1%,H2选择性为97.5%,H2收率95.6%。     

Study of thermodynamic factors for equilibrium reactions involved in steam reforming of natural gas

We discuss the effect of different variables on steam reforming of natural gas to obtain hydrogen for use in fuel cells. The equilibrium compositions in the reformer are influenced by several factors: temperature, pressure, and the ratio of steam to methane (S/C) in the feed stream. We examine two equilibria: steam methane reforming and the water-gas shift reaction (conversion of water and carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen).     

甲醇水蒸气重整制氢催化反应的研究

研究以共沉淀法制备Cu/Al2 O3 催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢反应过程 ,得到低温高活性和高氢选择性催化剂。当铜质量分数为 30 9%时 ,催化剂活性最好 ,在 2 5 0℃反应时 ,甲醇转化率为 77 4 % ,产气中氢摩尔分数等于75 % ,CO摩尔分数小于 10 0× 10 6。另外 ,反应工艺条件如反应温度、水醇比、还原气氛对催化剂性能有很大影响     

浆态床合成二甲醚反应工艺条件的研究

考察了反应温度、反应压力、进料空速以及催化剂配比对于浆态床合成二甲醚反应过程的影响。结果表明 :在反应温度为 2 40～ 2 80℃范围内 ,随着反应温度的升高 ,CO的转化率逐渐增加 ,在 2 70℃达到最大值后开始下降 ;在反应压力为 2 0～ 5 0MPa范围内 ,随着反应压力的升高 ,CO的转化率和二甲醚的选择性逐渐增加 ;在空速为 80 0～ 5 0 0 0h-1范围内 ,随着空速的增加 ,CO的转化率先增加 ,在 30 0 0h 1达到最大值 ,然后逐渐减小 ;催化剂比例对于CO转化率、二甲醚的选择性以及二甲醚的时空收率都有较大的影响 ;在甲醇合成催化剂与脱水催化剂比例为 4～ 5时 ,CO转化率与DME选择性最好。     

聚集辐照下甲烷水蒸气重整制氢过程参数研究

基于自行设计的小型太阳能热化学反应器,建立了聚集辐照下甲烷水蒸气重整数学模型,该模型耦合导热、对流、辐射以及化学反应动力学,计算得到了反应器内甲烷重整过程反应物及产物的浓度、反应速率及温度场的分布,获得了不同工况参数(孔隙率、气体入口温度、水碳比)对甲烷转化率的影响规律.研究结果表明:甲烷水蒸气重整在多孔区域入口处反应...     

Synthesis of methylmercaptan from methanol and hydrogen sulfide at elevated pressure on an industrial catalyst

The catalytic reaction of methanol with hydrogen sulfide at a total pressure of 0.1–1.8 MPa was investigated. The main product at different values of total pressure in the system was methylmercaptan, and the by-products were dimethyl sulfide, dimethyl ether, carbon oxides. An increase in the contact time increased the yields of methylmercaptan and dimethyl sulfide, whereas the yields of dimethyl ether and gases changed slightly. The selectivity for methylmercaptan was approximately constant up to a ～95% conversion of methanol. The elevation in temperature increased the reaction rate but barely affected the product formation selectivity. The rate of methanol conversion increases linearly with the hydrogen sulfide concentration and depends on the methanol concentration raised to a power of 0.4–0.5; water retards the process. The selectivity for methylmercaptan decreases, and that for dimethyl sulfide and dimethyl ether increases at an H₂S to methanol molar ratio below 1.4: 1, regardless of the value of total pressure. The reaction rate increases with the total pressure raised to a power 0.4–0.5; however, the selectivities for methylmercaptan and by-products remain unchanged.     

几种芳烃加氢反应的热力学分析

采用Benson基团贡献法计算得到萘、菲及芘加氢反应网络中各步反应在一定温度范围内的平衡常数,并系统分析了氢压、温度和物质结构对芳烃加氢平衡时的转化率、浓度分布和氢增量的影响。结果表明,加氢反应在低温下具有更好的热力学选择性,且氢压越高、温度越低时,那些芳环越少、环烷环越多及非取代芳香碳越多的芳烃具有越高的加氢平衡转化率。芳烃原料和其全加氢产物分别在高温低压、低温高压时热力学稳定,而部分氢化产物的热力学稳定区则位于两者之间,且对反应条件敏感。在芳烃各加氢产物中,全加氢产物具有较高的热力学选择性,部分氢化产物的热力学选择性较差。受热力学的限制,通过加氢来提高芳烃氢含量的效果有限。     

浆态床中CO_2加氢直接合成二甲醚的研究——反应条件对镁改性双功能催化剂性能的影响

首先采用浸渍法制备了w(MgO)=10%的改性HZSM-5分子筛,然后采用共沉淀浸渍法制备了CuO-ZnO-Al2O3-/MgO-HZSM-5双功能催化剂,利用XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD等手段进行表征。在连续式加压浆态床反应器中,以医用液体石蜡为惰性液相介质,研究了CO2加氢一步法合成二甲醚(DME)的催化反应,考察了不同温度(230℃～280℃)、不同压力(1.0MPa～4.0MPa)、不同氢碳比(n(H2)/n(CO2)=1.0～6.0)和不同空速(GHSV=1500 h-1～6000 h-1)对反应结果的影响。研究表明,提高反应温度有利于提高CO2转化率,但使二甲醚的选择性降低;增大压力和氢碳比有利于提高CO2转化率和二甲醚的选择性;增大空速会使CO2转化率和二甲醚选择性均呈现下降趋势。