氢能载体十氢萘制氢表观动力学

十氢萘是一种储氢密度很高的氢能载体,通过催化脱氢反应可将储存在十氢萘中的氢气释放出来。本文考察了用于制氢的十氢萘液相脱氢反应,在Pt负载的活性炭颗粒催化剂(Pt/AC)上可获得约47%的脱氢转化率;浓度分布显示十氢萘脱氢为分别生成萘及四氢萘的平行反应。在温度290~335℃、压力0.7~1.3MPa、搅拌转速1000r/min的条件下,在间歇高压釜中考察了十氢液相催化脱氢动力学,建立了脱氢反应表观动力学模型,对十氢萘脱氢实验数据进行非线性拟合,得到十氢萘脱氢表观动力学模型参数,生成萘及四氢萘的表观活化能分别为116.27kJ/mol、114.38kJ/mol。经统计检验,结果表明所建立的十氢萘催化脱氢表观动力学模型和参数估值是可靠的。     

四氢萘催化脱氢反应动力学的研究

四氢萘在Ni Mo/Al_2O_3、Fe_2O_3、FeS_2上常压脱氢是典型的连串可逆反应,1,2-二氢萘及微量的1,4-二氢萘是反应的中间产物.脱氢反应速度随四氢萘分压提高和氢分压下降而提高.对二氢萘反应性能的考察表明它具有比四氢萘和萘高得多的反应活性,能迅速地催化转化为萘和四氢萘.氢加快二氢萘的加氢是它阻滞四氢萘脱氢的主要原因.各种催化剂对四氢萘脱氢、二氢萘转化和萘高压加氢都具有基本相同的活性顺序.根据可逆连串表面反应的历程及表面吸附的二氢萘为非常活泼的反应中间体的假设,作者推导了动力学模型,计算得到各反应物在Ni Mo/Al_2O_3、Fe_2O_3、Fe_2O_3/Al_2O_3上表面吸附常数和表面反应速率常数,并进行模拟计算.理论计算与实验能很好地吻合,证明了模型的合理性.模型及参数也进一步解释了一些实验事实.     

有机液体储运氢技术经济分析与比较

对3种原料成本较低的有机液体储放氢体系(甲苯/甲基环己烷、苯/环己烷、萘/十氢萘)进行了加/脱氢工艺流程模拟，估算了加/脱氢环节的工程成本，发现原料费用是加氢环节成本的决定性因素，而脱氢环节成本取决于公用工程费用，其中萘/十氢萘体系的氢气储存单价最低。3种体系的运输成本分析结果表明，萘/十氢萘体系的氢运输成本也最低。与当前主流储运氢方式(气氢拖车、液氢罐车和气氢管道)进行了技术经济性比较，发现利用有机液体储运氢500 km时的氢气总成本(含加/脱氢及运输)为8.86元/kg,低于同样距离运输的气氢拖车和液氢罐车等的储运成本。因此，在需要大规模长距离运输、海运、长期储存等情况下，有机液体储运氢技术有着明显的经济性优势。     

NiMo/HY催化剂上四氢萘加氢裂化反应网络与热力学平衡分析

采用固定床反应器对四氢萘在Ni Mo/HY工业催化剂上的加氢裂化反应过程进行了研究,考察了反应温度对产物分布的影响,提出了四氢萘加氢裂化反应网络。该网络包含加氢、异构、脱氢、开环、脱烷基等12个反应,通过热力学计算,得到了这些反应的平衡常数,并据此求得各类产物的平衡收率及其随温度、压力和氢气/四氢萘(摩尔比)的变化规律。由热力学平衡分析得到的产物收率随反应条件的变化规律与实验结果较为吻合,表明本文构建的反应网络可以较好地描述Ni Mo/HY催化剂上的四氢萘加氢裂化反应体系。     

NiMo/HY催化剂上四氢萘加氢裂化反应网络与热力学平衡分析

采用固定床反应器对四氢萘在NiMo/HY工业催化剂上的加氢裂化反应过程进行了研究,考察了反应温度对产物分布的影响,提出了四氢萘加氢裂化反应网络。该网络包含加氢、异构、脱氢、开环、脱烷基等12个反应,通过热力学计算,得到了这些反应的平衡常数,并据此求得各类产物的平衡收率及其随温度、压力和氢气/四氢萘（摩尔比）的变化规律。由热力学平衡分析得到的产物收率随反应条件的变化规律与实验结果较为吻合,表明本文构建的反应网络可以较好地描述NiMo/HY催化剂上的四氢萘加氢裂化反应体系。     

MIBC脱氢制备MIBK宏观动力学研究

采用共沉淀法制备的铜系CuO/ZnO/Al2O3脱氢催化剂,在常压下进行了甲基异丁基甲醇的气相脱氢制备甲基异丁基酮的反应实验.研究了单管反应器中反应温度和MIBC进料液时空速对脱氢反应的影响,并建立了宏观动力学方程.结果表明在温度为483～513 K,液时空速为1.0～2.0 h-1的条件下,甲基异丁基甲醇脱氢单程转化率最高达到91.11%,甲基异丁基酮的选择性大于99.0%.将实验结果用最小二乘法拟合得到该反应的宏观动力学方程为,其中k = 9.542×107exp(-E / RT),E为58.08 kJ·mol-1.动力学方程的关联线性度和方差分析计算表明,所建立的宏观动力学方程较好地描述了甲基异丁基甲醇的气相脱氢反应.     

膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程的模拟

丙烷脱氢是一个可逆强吸热反应,这制约了现有丙烷脱氢工艺过程的效率.本工作提出采用膜反应器耦合丙烷脱氢和氢燃烧过程,一方面产物氢气的移除可使丙烷脱氢反应正向移动,另一方面氢气燃烧放出大量的热可用于驱动丙烷脱氢反应.为此建立了二维非等温膜反应器数学模型,对膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程进行了模拟,比较了膜反应器与普通固...     

十氢萘在HY和Beta分子筛上加氢开环的研究

采用高温高压反应釜研究了十氢萘在低硅铝比HY分子筛[n(Si)/n(Al)=3.2]、Beta分子筛n(Si)/n(Al)=9.7]和双功能催化剂Pt-HY、Pt-Beta上的加氢开环反应,考察了分子筛孔道结构及酸性质、贵金属Pt及反应温度等因素对十氢萘转化率和产物选择性的影响。结果表明,十氢萘在Beta分子筛上的转化率较高,且有大量脱氢缩合产物（DHC）生成。Pt引入HY和Beta分子筛后,初始反应速率升高,十氢萘转化率增加,C₁₀产物中开环异构比增大,Beta分子筛上的脱氢缩合反应得到抑制。反应温度升高可以提高十氢萘在HY分子筛上的转化率,使得C₁₀产物选择性下降,而开环异构比（ROP/Iso）增大。     

多孔膜反应器中丙烷催化脱氢制丙烯的模拟研究

针对丙烷高效脱氢制丙烯的多孔膜反应器构建了无量纲数学模型并进行了模拟研究,考察了催化剂活性、透氢膜性能、操作条件对多孔膜反应器中丙烷脱氢的转化率、丙烯收率、氢气收率和纯度的影响。结果表明,移走产物氢气可以有效提升膜反应器的性能,其性能的提升程度由不同温压条件下催化剂和透氢膜性能共同决定。高活性催化剂是丙烷高效转化的基础,催化剂活性越高,膜反应器内的产氢速率越快;其次,膜的选择性和渗透通量越高,氢气的移除效率越高,可在最大程度上打破热力学平衡的限制,使反应向生成丙烯的方向移动。当多孔透氢膜的氢气渗透率在10^-7~10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/C₃H₈选择性达到100时,其丙烷转化率可以与Pd膜反应器内的转化率相当,但分离的氢气纯度低于Pd膜反应器。与传统的固定床反应器相比,膜反应器由于促进了化学平衡的移动,可以在较低的反应温度下获得相当高的丙烷转化率,且丙烷转化率随着反应压力的增加呈现出一个最大值。该模拟研究可为实际生产过程中膜反应器用于PDH反应的高效强化提供有益的技术指导。     

反应条件对萘饱和加氢的影响

在固定床反应器中,采用Ni/γ-Al2O3加氢催化剂,考察了反应温度、压力和空速对萘转化率、四氢萘和十氢萘选择性、十氢萘反顺质量比的影响规律,并进一步考察了两种不同构型(反式和顺式)十氢萘产物的选择性生成。结果表明,反式和顺式十氢萘的总选择性可达95%以上,萘的转化率可达100%;较佳工艺条件为:空速0.6～6.0 h-1,反应温度210～250℃,压力不低于5.4 MPa。根据反顺质量比随空速、温度和压力的变化趋势,做了进一步的考察,结果显示,在保持十氢萘总选择性高于97%的前提下,可实现反式与顺式十氢萘各自的高选择性生成,反顺质量比可取得高值8.70和低值0.86。     

煤直接液化条件下萘-四氢萘加氢转化反应行为

以纳米Fe_2O_3为催化剂,在0.5 L高压釜中考察了反应压力19 MPa下,不同反应温度(435℃~465℃)和反应时间(0 min~120 min)对萘-四氢萘体系加氢转化过程及产物分布的影响。根据实验结果和分析,建立了萘-四氢萘体系加氢转化反应机理模型,通过优化算法求解得到各反应的反应速率常数和活化能。结果表明:萘很快达到转化平衡状态,且低温和长停留时间有利于萘的加氢转化;萘的加氢反应速率高于四氢萘的脱氢反应速率,在四氢萘的加氢反应中,以异构化反应为主,主要生成甲基茚满和丁基苯。反应物萘、四氢萘、十氢萘(反)、十氢萘(顺)、1-甲基茚满、正丁基苯和烷基苯的质量分数的实验值和模拟值的相对偏差分别为4.56%,1.35%,9.60%,7.24%,8.29%,10.64%和10.07%。     

多相态条件下环己烷长时间连续脱氢反应研究

对"湿-干"多相态条件下环己烷长时间连续脱氢反应进行了研究,考察了盐浴温度和环己烷进料速率对系统的产氢总量、环己烷脱氢速率和环己烷脱氢转化率的影响。结果表明,在无任何载气或吹扫气的条件下,环己烷在多相态条件下可以持续高效地进行脱氢反应,产生高纯度的氢气。在盐浴温度360℃,进料速率34 m L·h-1,催化剂用量3 g的反应条件下,脱氢系统的反应状态达到最佳,6 h的产氢总量为8.9 L,单位反应面积的平均产氢速率可达0.16mmol·min-1·cm-2。在"湿-干"多相态条件下,Raney-Ni在环己烷脱氢反应中表现出很高的催化活性,具有广泛的应用价值。对环己烷脱氢表观反应动力学的研究表明,脱氢反应的表观活化能较低,仅为12.54 k J·mol-1,多相态条件下环己烷的脱氢反应为扩散控制。     

煤高温快速液化过程中的单原子与双原子氢转移机理

氢转移对煤的加氢液化至关重要,理解氢转移机理对于改善煤液化过程具有重要意义。在微型反应釜中通过考察氢气的溶解、溶剂类型以及不同类型催化剂对煤高温快速液化的影响,揭示了煤高温快速液化过程中单原子氢和双原子氢的转移机理。结果表明,在以四氢萘、氢气为条件的高温快速液化过程中,主要的活性氢来源于溶剂所提供的单原子;在以四氢萘、氮气为条件的高温快速液化过程中,不同催化剂对溶剂提供单原子氢的影响不同。在以四氢萘和萘、氢气为条件的高温快速液化过程中,双原子氢基本未参与液化反应,溶解并不是其参与液化反应的主要影响因素。以萘为溶剂、氢气气氛下的高温快速液化过程中,双原子氢参与反应需要一定的时间。在以萘或四氢萘、氢气为条件的高温快速液化过程中通过加入一定量的催化剂,可以促使双原子氢快速参与反应。     

芳香族溶剂对低阶煤轻度加氢改质的影响

为考察溶剂供氢性对加氢改质的影响,以四氢萘与甲基萘为溶剂,对低阶煤进行轻度加氢,考察不同反应条件对转化率、气产率、氢耗及产物分布的影响。结果表明,温度对转化率及气产率的影响显著,在360~430℃,随着温度升高,转化率及气产率增加显著;在氢压低于4 MPa时,脱氢反应体现较为显著,体系中有大量萘生成,压力对转化率及气产率的影响不明显,低压条件下,四氢萘供氢起主导作用;气相氢并不直接参与煤的反应,而是与溶剂发生加氢反应,进而由溶剂向煤供氢;低阶煤轻度加氢改质是一个快速反应的过程,反应时间不宜过长,30~60 min为宜;对改质后产物进行分析,黏结指数G75,灰分0.3%,硫含量0.3%。     

管状钯膜反应器中的脱氢反应与氢气分离

讨论了钯膜反应器的实验装置及环己烷的脱氢反应实验方法。对环己烷的脱氢反应及氢气通过钯膜的渗透建立了扩散模型，使用状态－变量法求解偏微分方程组，得出反应物和生成物的组分浓度分布，进而求出反应转化率。同实验结果对比表明，扩散模型能较好地计算脱氢反应及氢气的分离过程。     

丙烷裂解的过程模拟和技术经济分析

丙烷裂解是制烯烃的重要过程,同时还可副产高附加值的氢气.本文对丙烷脱氢制丙烯工艺建立全流程,在Pt-Sn/Al2O3为催化剂的反应动力学基础上,建立绝热平推流反应器的反应动态模型和深冷分离模型进行全流程模拟,并进行技术经济分析.结果表明,相对于煤和石油制丙烯路线,丙烷裂解制丙烯技术的原材料费用占产品成本组成比例最小,销...     

基于密度泛函理论计算的丙烷脱氢动力学

采用乙二醇还原法制备了Pt颗粒粒径为6 nm的Pt/Al2O3催化剂,借助密度泛函理论(DFT)计算的动力学参数,建立了Pt(111)面上的微观反应动力学模型,并在此基础上建立了Pt(111)面上的Langmuir-Hinshelwood Hougen-Watson(LHHW)模型。结果表明:丙烷脱氢对丙烷的反应级数是1.00级,对氢气的反应级数是-0.51级;反应的表观活化能约为80 kJ/mol;在Pt(111)面上,氢原子是最丰富的表面吸附物种,丙烷脱氢速率受第二步脱氢控制。     

固定床法氢化萘合成十氢萘工艺研究

选用自制的镍铝加氢催化剂,在固定床加氢反应器中对氢化萘合成十氢萘的工艺进行了研究,确定了适宜的反应条件：反应温度180～200℃,反应压力6～8MPa,液时体积空速0．8～1．0mL/ (mL·h)。在此条件下,原料萘的转化率达96%以上,产物十氢萘的选择性达94%以上。     

含氮有机液体储放氢催化体系研究进展

氢能源作为重要的二次能源，能量密度大、环境友好且用途广泛，是人类战略能源发展的重要方向。然而，氢气储运仍面临较大的成本和安全难题，有机液体储氢化合物(LOHCs)储放氢技术以其储氢密度较高、储存条件温和、运输方便等优势成为氢气储运可供选择的技术之一。相比稠环芳烃类化合物，含氮有机储氢化合物具有更温和的催化加氢和脱氢条件，可有效提高储放氢鲁棒性和反应能效。基于此，本文系统综述了含氮有机储氢化合物加氢及脱氢反应研究进展，阐述了两类反应的路径和催化作用机制，从催化剂活性中心和载体、双金属协同效应、反应条件、催化剂稳定性等方面系统分析了加氢/脱氢催化剂，并详细总结了基于连串反应、反应网络等模型的反应动力学。介绍了含氮有机储氢化合物储氢技术目前面临的挑战并提出未来的研究思路及展望。但是该技术仍存在较多问题，应在有机储氢化合物配方体系、储放氢连续反应系统、催化剂设计与制备、催化剂构效关系、精准反应动力学和全面理化性质数据库等方面进行深入研究。     

分子筛负载铂催化剂上四氢萘加氢裂解反应行为

四氢萘是多环芳烃加氢转化的产物或者中间体,其加氢裂解行为和规律的研究在重芳烃转化和脱除领域有着重要的意义。采用等体积浸渍法制备得到了氧化铝负载贵金属(Pt,Ir和Pd)催化剂和酸性分子筛(MOR和ZSM-5)负载铂双功能催化剂,考察了它们催化四氢萘加氢裂解的反应行为。氧化铝为载体时金属催化剂表面主要发生加氢及脱氢反应,其中金属Pt表现出最高的加氢和脱氢活性。双功能催化剂上四氢萘发生加氢裂化、异构化、氢转移及烷基化等复杂反应,金属Pt通过氢溢流作用提高了分子筛Br?nsted酸活性从而提高催化剂加氢裂解活性和选择性,但过量金属Pt会加剧苯环加氢而不利于单环芳烃的生成。分子筛孔道的限域作用对四氢萘的反应活性及产物分布有重要影响,相比Pt/ZSM-5催化剂,Pt/MOR表现出更高的裂解活性及异构化选择性。Pt/MOR催化剂上四氢萘加氢裂解主要通过异构-裂解路径进行,异构化活性及异构体构型决定了裂解活性及产物的分布。