钯复合膜反应器中异丁烷催化脱氢反应

引　言异丁烷脱氢反应是一个受热力学平衡限制的反应 ,平衡转化率很低 ,若将膜反应器用于该反应 ,则可以通过膜不断地从反应区选择性分离出氢气 ,克服了反应受热力学平衡制约的缺点 ,这样就可降低反应温度和减压程度的要求 ,改善反应的工艺条件 ,从而达到高效和节能的目的 .文献中已分别对钯 /陶瓷复合膜[1,2 ]和钯 -钌 (钌的质量分数为 2 % )合金膜[3]反应器中的异丁烷脱氢反应进行了初步研究 .前文[4 ]已对用改进的化学镀新工艺制备的钯和钯 -银 /陶瓷复合膜进行了表征 ,本文将用钯-银 /陶瓷复合膜反应器进行异丁烷脱氢反应的研究 .本工作…     

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。     

氢气燃烧对自热透氢膜反应器的影响

设计了一种新型的钯膜自热反应器体系,利用钯膜的透氢和换热的作用,燃烧部分氢气来提供热量。通过建立一维拟均相管壳式结构的膜反应器模型,将反应器控制方程、动力学数据、膜渗透数据,以及组分的物理化学性质通过Matlab编程计算,比较了氢气均相燃烧和催化燃烧2种动力学对反应器的影响。结果表明,在没有燃烧催化剂的情况下,反应器易发生爆炸,而有催化剂可以避免爆炸,并且能够提高反应器的处理量。指出催化燃烧加快氢气燃烧速率、避免氢气在燃烧一侧的积累是反应器安全操作的关键。     

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。     

钯膜反应器及分离器的研发进展

氢气在钯膜中的传递服从"溶解-扩散"机理。钯膜可以单独组成膜分离器,用于生产高纯度的氢气,也可以与氢气的生产过程相耦合,形成钯膜反应器,用于通过再线的氢气分离打破制氢过程的化学反应平衡,一步法生产高纯氢气。主要介绍了当前膜分离器和反应器的研发进展,介绍了几种膜分离器及反应器的概念设计,并指出了钯膜技术的发展方向。     

利用复合钯膜反应器转化甲烷制取合成气

目前工业上一般都采用甲烷的蒸汽转化和部分氧化制取合成气。但这 2种工艺都受到热力学限制 ,特别是在高压下 ,甲烷的平衡转化率比较低。最近 ,意大利卡拉布里亚大学膜和化学反应器模拟研究院对复合钯膜反应器进行了研究 ,以图克服传统反应器的热力学极限。复合钯膜反应器结合了膜分离器与催化反应器的典型特征 ,它利用钯膜选择性除去催化反应后混合气体中的氢 ,从而使平衡转化率向高于热力学平衡极限的方向移动 ,最终达到提高甲烷转化率的目的。试验采用的传统反应器是一个不锈钢管 ,总长度 2 5cm ,有效长度 1 5cm ,内径 0 .67cm。膜反应器…     

流化床透氧膜反应器用于天然气制氢的工艺模拟

氢气是一种重要的化工原料,流化床透氧膜反应器是一种新型的天然气制氢装置。建立了该新型装置的AspenPlus模型,并模拟了反应压力、氧碳比(OC)、水碳比(SC)对反应温度、合成气成分的影响,并与普通的流化床自热反应器进行了比较。结果表明,流化床透氧膜反应器由于分离了空气中的N2,反应可在高的氧气摩尔分数下进行,合成气中的H2摩尔分数大大提高,甲烷转化率较大,氢气产量也提高。     

钯膜及钯膜反应器的研究进展

钯基膜具有很高的透氢速率和透氢选择性以及良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。文章综述了钯膜的透氢原理、钯膜制备方法及钯膜反应器的研究进展。重点介绍了钯膜反应器在加氢、脱氢等反应中的应用,并对钯膜反应器的发展趋势进行了展望。     

钯膜及钯膜反应器的研究进展

钯基膜具有很高的透氢速率和透氢选择性以及良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。文章综述了钯膜的透氢原理、钯膜制备方法及钯膜反应器的研究进展。重点介绍了钯膜反应器在加氢、脱氢等反应中的应用,并对钯膜反应器的发展趋势进行了展望。     

用于分布式制氢的甲烷蒸汽重整膜反应器的数值模拟

采用反应-分离集成的膜反应器进行分布式制氢,对简化工艺、降低能耗、提升技术经济性至关重要。本文采用数学模型对甲烷蒸汽重整制氢过程膜反应器进行模拟,系统分析了渗透侧操作策略、反应压力、反应温度、钯基膜性能、催化剂性能对反应器行为的影响;并以1m³/h甲烷最大程度转化为目标进行分布式制氢案例分析,详细比较膜反应器技术与“常规反应器+膜分离”工艺技术。结果表明,膜反应器在反应压力30atm（1atm=101325Pa）、反应温度500℃下操作可实现紧凑设计,比“常规反应器+膜分离”工艺技术具有明显优势,但是亟需研发更佳活性（10倍）的钯基膜和催化剂以实现显著的过程强化。模拟结果可为不同规模分布式制氢膜反应器的操作与设计及进一步的性能强化提供指导。     

圆盘反应器中的PET缩聚过程

利用薄膜实验研究了PET缩聚过程反应和传质规律 ,建立了链增长、链降解反应动力学模型和泡沫脱挥时的传质速率方程 ;通过冷模实验研究了圆盘反应器中PET的混合、流动、成膜、膜表面更新以及传质规律 ;综合了反应和反应器研究结果 ,建立了圆盘反应器中的PET缩聚过程模型 ,对圆盘反应器中的PET缩聚过程进行了仿真分析 ,考察了温度、压力、停留时间、转速、催化剂浓度、负荷大小等各种因素的影响     

固定床生物油气化反应数学模拟

生物油气化对提高生物质能利用和保护环境具有重要意义。生物油气化选择乙酸、丙酮、丙三醇、苯酚、糠醛组成的混合物作为生物油模型物,在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟,用吉布斯自由能最小化法对其水蒸气催化重整制氢过程进行热力学分析。应用热动力学方程和质量平衡原理推算反应器模型,估算了反应热力学参数,通过Aspen Plus中的Gibbs反应器模拟生物油在不同温度下产物的平衡组成,计算出化学平衡体系的摩尔定压热容,利用Runge-Kutta法结合Matlab软件进行求解得出催化剂床层气化转化率;考察了反应温度对平衡时气体产物的影响。在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟实验,得出不同反应温度时反应产物气体产率和生物油气化反应较佳反应温度,通过比较得出实验结果与模拟计算值较一致。     

仿蜂巢微通道分叉结构的甲醇重整制氢

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型;利用数值模拟分析,分别研究了平行阵列微通道和仿蜂巢分叉微通道在Zn_Cr/CeO₂/ZrO₂催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器均可促进甲醇转化率和氢气产率的提高。与常规平行微通道的比较发现,仿蜂巢分叉微通道内反应气流动所需的泵功较小;在相同的加热面积下所能吸收的热量更大,而且更有利于反应器内温度的均匀分布,从而提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量。研究结果表明,仿蜂巢分叉微通道结构具有较好的重整制氢综合性能,并可改善氢气产出的品质。     

氢气氛下半焦有机硫的脱除动力学

研究了半焦颗粒在氢气氛下有机硫脱除的本征动力学行为.实验采用微分反应器,研究结果表明,半焦颗粒的脱硫与气氛、温度和半焦硫含量有关.通过比较粒子反应模型和随机孔模型,粒子反应模型仅适合于处理半焦颗粒氢气气氛脱硫的初始阶段,而随机孔模型符合整个脱硫过程.实验和理论分析揭示了脱硫过程中煤中有机硫形态的转化.     

富氢气氛下CO优先甲烷化微观动力学

采用管式固定床反应器研究了富氢气氛下Ni～ZrO_2/SiO_2催化剂上CO优先甲烷化反应的微观动力学;提出了幂指函数动力学方程模型;从研究结果看,提出的动力学模型具有一定的实用性,可用于反应器的模拟、放大、操作工况优化及开展催化剂工程设计。     

热等离子体裂解甲烷制乙炔过程的数值模拟

针对热等离子体甲烷裂解过程,建立了直流电弧反应器的数值模型,使用磁流体力学理论对反应器内的电弧和流场进行数值模拟,考察了电弧运动变化的规律和射流场特点,并分别耦合热力学平衡模型和宏观动力学模型探索了裂解反应的特点及其与电弧的相互影响关系。结果表明反应器内电弧做规律运动和形态变化,惰性无反应气氛下电弧形态变化不显著,运动平稳。放电区发生反应时,一方面气体的组成及热力学性质发生迅速变化,气体放电特性受到影响,等离子体的稳定性下降,化学反应是等离子体不稳定性的重要来源。另一方面,反应和扩散的特征时间小于电弧运动变化的特征时间,各物质在空间的分布较为均匀,受温度场非均匀性的影响较小,模拟的甲烷转化率和乙炔收率与实验结果相近。本工作尤其是等离子体物理模型与甲烷裂解化学反应模型的耦合,为理解热等离子体裂解相关过程提供了直接的帮助和指导。     

甘油膜分离-吸附协同强化化学链重整评估

作为生物柴油的副产物,甘油理论氢气产量高,是蒸汽重整的潜在原料。基于化学链技术,结合氢气膜分离和二氧化碳吸附,对甘油化学链重整制氢过程进行热力学模拟研究,分析反应器操作压力和膜渗透侧压力的改变对氢气产量和系统热量需求的影响。结果表明,反应器压力的提高和渗透侧压力的降低可以有效的增强氢气产量,抑制甲烷的生成,系统的反应热对压力的变化并不敏感,而吸附剂甘油比的提高能够提高重整所需的热量,进而实现系统的自热。     

膜催化反应器的分析与模拟

分析了膜反应器的出现、发展和最新研究。论述了几种膜反应器中气体的传递机理,定量分析了膜反应器中控制传递与反应的模型方程式以及计算机模拟和实验研究结果。最后评价了两类膜反应器的操作特性,以⊿n<0、⊿n=0和⊿n>0三类不同的催化反应作为模型反应与传统的PFR 和 MFR 的操作特性作了对比。     

糠醛在Pd-Cu膜反应器中催化加氢合成糠醇

以糠醛催化加氢合成糠醇作为模型反应,采用共沉淀法制备的Cu/MgO-K₂O作为催化剂,考察了Pd-Cu膜反应器的加氢性能.膜反应器由双套管组成,采用分别进料的方式操作.即糠醛气化后由载气带入中心膜管的催化床层,而氢气则进入管壳层通过Pd-Cu合金膜渗透到反应区.在不同条件下分别进行糠醛催化加氢反应,考察了糠醛转化率、产品糠醇选择性和收率,并与传统的共进料填充床反应器进行比较.研究结果显示,膜反应器比传统的填充床反应器具有产品收率高、选择性好和副产物少的特点.此外,本文结合催化剂的组成、结构和表面形貌的表征对催化剂的催化活性和失活行为进行了讨论.     

甘油膜分离-吸附协同强化化学链重整评估

作为生物柴油的副产物,甘油理论氢气产量高,是蒸汽重整的潜在原料。基于化学链技术,结合氢气膜分离和二氧化碳吸附,对甘油化学链重整制氢过程进行热力学模拟研究,分析反应器操作压力和膜渗透侧压力的改变对氢气产量和系统热量需求的影响。结果表明,反应器压力的提高和渗透侧压力的降低可以有效的增强氢气产量,抑制甲烷的生成,系统的反应热对压力的变化并不敏感,而吸附剂甘油比的提高能够提高重整所需的热量,进而实现系统的自热。