丙烯氢氧环氧化动力学与反应器概念设计研究进展

环氧丙烷（PO）在全球产能最高的35种化学品中,是仅次于聚丙烯的第二大丙烯衍生物,主要用于生产聚醚多元醇、聚氨酯等。相比传统的氯醇法、共氧化法和双氧水直接氧化法（HPPO）等PO生产工艺,丙烯在氢氧混合气中一步环氧化制PO（HOPO）具有工艺简单、选择性高、产物易分离、能耗低等突出优势,是生产PO的理想工艺。重点介绍了丙烯氢氧环氧化反应动力学研究进展,包括主、副反应动力学模型以及催化剂失活模型。总结了基于该过程安全操作的反应器概念设计进展。分析了丙烯氢氧环氧化反应存在的挑战,从副产物生成途径、失活动力学及颗粒催化剂上的动力学等方面展望了可能的研究方向。     

混合型TS-1/CNF催化剂的过滤性能及催化活性

纳米碳纤维（CNF）是一种新型的碳基催化剂载体。采用机械湿混的方式制得了混合型钛硅分子筛/纳米碳纤维（TS-1/CNF）催化剂,研究了其在水相体系中的过滤性能,以及在环己酮氨氧化反应中的催化活性。与单独TS-1相比,混合型TS-1/CNF催化剂的团聚体宏观尺寸较大,CNF交织形成的大量大孔非常有利于液体的穿透,使得TS-1/CNF催化剂具有良好的过滤性能,因而可改善TS-1在水相体系中的分离问题。SEM观察显示,CNF具有独特的长纤维结构以及较大的外表面,为TS-1微粒提供了较多的附着点,使得TS-1能均匀分布在CNF表面上。TS-1颗粒与直径处于相同尺度的CNF之间可能存在着较强的分子间作用力、静电作用力及疏水作用力,可避免分散和过滤过程中两者的分离。混合型TS-1/CNF催化剂上环己酮氨氧化反应的结果表明,环己酮的转化率接近100%,环己酮肟收率达98.4%,与纯TS-1的催化活性相当。     

介孔材料低温氮气吸脱附的孔道网络模型

介孔结构的表征和分析对于介孔材料的开发至关重要,其中低温氮气吸脱附法是最常用的介孔表征方法之一。然而,目前氮气吸脱附法采用的分析模型仍基于平行孔假设,无法描述脱附过程堵孔现象,以及获取孔道连通性等重要孔结构信息。本文建立了低温氮气吸脱附的孔道网络模型,用于分析介孔结构对氮气等温吸脱附行为的影响。通过对比氧化铝材料的氮气吸脱附实验数据和模拟结果,证实了建立的孔道网络模型能很好地描述介孔材料中低温氮气吸脱附行为。模拟结果表明平均孔径较小时,毛细凝聚分压低,液氮堵孔效应显著,氮气吸脱附曲线回滞环的范围和面积较大;孔径分布较宽时,小孔和大孔数量均较多,毛细凝聚和堵孔效应显著,回滞环面积较大;孔道连通性不会影响吸附过程,但会通过改变堵孔效应显著影响脱附过程,连通性越差,堵孔效应越强。证实了堵孔效应对氮气脱附过程影响显著,因而氮气吸脱附法需要考虑堵孔效应,建立的孔道网络模型也可为介孔结构分析提供合理的模型工具。     

甲烷干重整反应中CoxSnyNi7.5-x-yMg92.5O催化剂的抗积炭性能及其动力学

针对甲烷干重整反应中催化剂易积炭的问题,通过甲醇溶剂热方法制备了以Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)(OH)(OCH_3)为单一前驱体的Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)O系列催化剂,对其进行了抗积炭性能及反应动力学的研究,探讨了Co-Sn双助剂的作用及其抗积炭性能。在800℃的反应条件下进行了催化性能考评,研究发现,Co_(0.075)Sn_xNi_(7.425-x)Mg_(92.5)O系列催化剂可保持高活性、高稳定性长达100 h。动力学研究表明,以Co_xSn_yNi_(7.5-x-y)Mg_(92.5)O为催化剂,CH_4和CO_2重整反应是CH4的1级反应,CO2的0级反应,Co能够降低反应活化能,Sn能够提高反应活化能。Sn可降低甲烷裂解速率和积炭生成速率,Co能够提高催化剂表面炭物种的气化速率。Co和Sn双助剂的引入能够同时大幅度降低可气化积炭和顽固性积炭的含量。因此,Co和Sn双助剂催化剂对于CH_4-CO_2重整反应催化剂的设计和应用具有很大的潜在价值。     

钙钛矿型复合氧化物LaCrO_(3-δ)的结构稳定性

为了研究氧空穴对LaCrO_(3-δ)结构稳定性的影响,首先对La Cr O3结构中氧空穴的形成过程进行了分析,然后建立了不同氧空穴浓度下的LaCrO_(3-δ)(δ为0.125~0.875)结构,并采用基于密度泛函理论的第一性原理对氧空穴形成能和LaCrO_(3-δ)结构稳定性进行了研究。结果表明,LaCrO_(3-δ)的氧空穴形成能随着δ的升高不断增大,而结构稳定性也随之不断降低。此外,根据氧空穴形成能的相对大小,发现在最稳定的LaCrO_(3-δ)(δ为0.125~0.500)结构中,氧空穴都排布在CrO_2层。因此,LaCrO_(3-δ)结构的稳定性不仅与氧空穴浓度有关,而且与氧空穴的排布方式有关。     

楔形中心和偏心料仓中壁面摩擦系数对卸料速率的影响

采用离散元方法(DEM)研究了在不同的内摩擦系数、料仓半锥角和料仓宽度条件下,楔形中心料仓和偏心料仓中壁面摩擦系数对卸料速率的影响。研究发现,随着壁面摩擦系数的增加,两种料仓的卸料速率均先降低后稳定。当料仓从中心料仓变为偏心料仓时,壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度以及卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值都增大。随着内摩擦系数的减小或料仓半锥角的增大,壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度以及卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值都逐渐减小。增加料仓宽度能够削弱壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度,但并不改变卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值。     

氧对丙烷脱氢反应体系影响的热力学分析

针对丙烷氧化脱氢和脱氢氧化两种反应体系进行了热力学分析,并与无氧丙烷脱氢体系进行了比较.考虑了丙烷裂解、部分氧化和深度氧化过程的27种产物,应用Aspen模拟软件,计算了体系压力为0.1MPa、温度范围为300～700℃的等温等压吉布斯平衡反应器内的各物质含量,讨论了进料氧气/丙烷摩尔比对目的产物丙烯产量及产物组成分布的影响.结果表明,无论先加氧脱氢,还是脱氢后再加氧反应,氧气加入对丙烯生成都非常不利,反应温度越高、氧气加入量越大,丙烯平衡生成量就越少,原料损耗也越严重;最主要的副产物是甲烷和一氧化碳,而非二氧化碳和水.     

不同Pd/Ag配比Pd-Ag/Al2O3催化乙炔加氢微观反应动力学分析

乙炔加氢是乙烯工业中的重要精制反应。以α-Al₂O₃作为载体,采用分步等量浸渍法制备了不同Pd/Ag配比的加氢催化剂,使用N₂物理吸附、XRD、ICP、XPS、TEM和CO化学吸附等手段表征催化剂的结构和组成,根据正交实验设计方案进行动力学实验,建立了微观反应动力学模型,并根据动力学模拟结果和动力学参数值的变化分析了Ag助剂含量对乙炔加氢反应动力学的影响。研究结果表明,以Pd-Ag催化剂上碳二加氢的DFT计算结果为基础参数来源,经过吸脱附步骤活化能的优化,微观反应动力学模型可以很好地模拟不同Pd/Ag配比催化剂上的乙炔加氢反应动力学结果;在所研究范围内,各催化剂上加氢反应的表面最丰物种皆为C₂H₄^*,速率控制步骤为乙烯基加氢,不会随着Ag含量的不同发生变化;但是Ag含量的增加显著降低了氢气脱附活化能,提高了乙烯的选择性,这可能与Ag含量的提高增加了催化剂表面Ag和Pd之间的电子转移现象有关。     

PtSnLi/Al2O3催化剂在丙烷脱氢过程中的氢气选择氧化性能

采用浸渍法制备氧化铝负载三元Pt-Sn-Li催化剂(PtSnLi/A_2O_3),采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和物理吸附(BET)等手段对催化剂进行表征,并在固定床反应器中评价了该催化剂在丙烷脱氢过程中对氢气选择氧化性能。结果表明,PtSnLi/Al_2O_3催化剂对氢气具有良好的选择氧化性,组分Sn和Li的加入能有效提高Pt基催化剂活性和选择性。PtSnLi/Al_2O_3催化剂在常压、550℃和质量空速为1.45 h~(-1)的条件下,氢气的选择氧化性为80%,氧气转化率大于98%,烃类损耗量0.2%。与PtSn/Al_2O_3相比,氧气转化率基本相同,氢气的选择氧化增加了29.2%,烃损耗率降低了0.9%。     

气相氧化处理对纳米碳纤维载体及其负载钌催化剂性质的影响

采用气相氧化方法对纳米碳纤维(CNFs)的表面进行改性,利用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附、Boehm酸碱滴定、CO化学吸附和程序升温还原等手段表征了不同温度气相氧化处理的CNFs载体及相应的负载Ru催化剂,并考察了Ru/CNFs催化剂在山梨醇氢解制备低碳多元醇过程中的催化性能。结果表明。气相氧化预处理对CNFs的晶体结构影响较小,但是大大增加了CNFs比表面积和表面酸性含氧基团;经气相氧化处理的CNFs负载的Ru催化剂更易还原,Ru金属分散度增加。催化剂考评结果表明,载体的气相氧化处理对Ru/CNFs催化剂在山梨醇氢解过程中反应活性的提高不利,但有利于低碳多元醇产物选择性的提高。研究认为CNFs表面酸性含氧基团是决定Ru/CNFs催化剂在山梨醇氢解过程催化性能的主要因素。