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甲烷化催化劑與工藝技術(shù)總結(jié)報(bào)告-文庫吧資料

2025-03-29 11:02本頁面
  

【正文】 烷化過程的本證動(dòng)力學(xué)和宏觀動(dòng)力學(xué):1. CO+3H2=CH4+H2O2. CO+H2O=CO2+H2其他組分CO2,H2O和H2均能用CO和CH4的函數(shù)來表示。在催化劑活性穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)試,裝填一定量的催化劑,確定溫度和壓力的操作范圍,改變?cè)蠚饨M成,測(cè)試產(chǎn)品氣組成得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)催化劑粒度為60100目可以認(rèn)為內(nèi)擴(kuò)散影響已經(jīng)消除;空速大于10000h1時(shí)可以認(rèn)為外擴(kuò)散影響已經(jīng)消除。在進(jìn)行催化劑動(dòng)力學(xué)測(cè)試之前,需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟之后方能開始動(dòng)力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。高錦春等2對(duì)國(guó)產(chǎn)J105型甲烷化催化劑的動(dòng)力學(xué)研究所用的反應(yīng)器是內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器。于建國(guó)等對(duì)19KSD306催化劑的本征動(dòng)力學(xué)的研究,所用的反應(yīng)器是等溫積分反應(yīng)器。于建國(guó)等17在研究SDM1型耐硫催化劑宏觀動(dòng)力學(xué)所用的反應(yīng)器是CD3型增加內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器。他們參考了前人的經(jīng)驗(yàn)并在自己試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從表面碳原理出發(fā),推導(dǎo)出甲烷化氫化解離機(jī)理動(dòng)力學(xué)模型及直接解離機(jī)理動(dòng)力學(xué)模型。甲烷化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程主要是基于表面碳機(jī)理和O2絡(luò)合物機(jī)理之上的。常壓下,加入水蒸汽達(dá)到平衡時(shí),如氣相組成符合下述條件即可避免析碳15:J/K1 (,K是CO歧化反應(yīng)的平衡常數(shù))。因此水蒸氣的添加量必須適當(dāng)。(4)水蒸氣最佳添加比例問題,甲烷化之前在煤氣中添加水蒸氣可降低氣相中CO分壓,進(jìn)而抑制析碳反應(yīng)進(jìn)行,同時(shí)又加快了CO變換反應(yīng),使平衡系中CO濃度下降,CO2和H2濃度上上升,從而抑制CO岐化析碳作用進(jìn)一步增強(qiáng)。(2)溫度影響:在低于425℃的條件下,壓力并不明顯影響甲烷的產(chǎn)量。甲烷化之前,在原料氣中添加水蒸氣可以降低氣相中CO分壓,進(jìn)而抑制歧化析碳反應(yīng)的進(jìn)行,同時(shí)又加快了CO變換反應(yīng)15。C+CO2)和CH4裂解反應(yīng)是析碳反應(yīng)。 類型3:由于物理作用導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)改變而引起的催化劑活性降低,如燒結(jié),燒結(jié)可導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,進(jìn)而影響反應(yīng)活性。 Ni + 4CO 171。 NixC +CO2 (平行反應(yīng)) XNi + CH4 171。 C+CO2 (平行反應(yīng)) CH4 171。 P RFe +5 CO高壓和低溫(100200℃)碳鋼管道可發(fā)生分解反應(yīng)生成Fe,在甲烷化反應(yīng)溫度下,在Fe存在下,可進(jìn)一步促進(jìn)析碳反應(yīng),使催化劑失活。s 例子:(1)硫中毒Ni + XH2S 174。 P+s C+s 171。當(dāng)操作溫度低于230℃時(shí),CO會(huì)和Ni發(fā)生反應(yīng),生成Ni(CO)414。1,凈化H2中微量的CO和CO2,將之轉(zhuǎn)化為惰性的CH4,所用催化劑:公司名稱操作溫度 操作壓力 轉(zhuǎn)化率 壽命應(yīng)用情況 用途CCIC134260400SudChemieG65300400NikkiN111/B180200N112/BN113/BN118ProcatalyseMT15260300南方化學(xué)遼河催化劑有限公司J103H260500南京化工研究院08042國(guó)產(chǎn)J101(J1047)丹麥PK2R英國(guó)ICIICI113注:美國(guó)煤氣研究院(GRI)、催化劑研究公司(CRC)、芝加哥煤氣研究院(IGT)2,城市煤氣部分甲烷化用的催化劑:公司名稱操作溫度 操作壓力 轉(zhuǎn)化率 壽命應(yīng)用情況 用途/說明華東理工大學(xué)SDM1 KD1500,300h單管試驗(yàn)CO轉(zhuǎn)化率大于75%,選擇性大于51%美國(guó)Happel鑭系(錒系),鉬催化劑法國(guó)煤氣綜合發(fā)展公司(GI)西北化工研究院(不耐硫)RHM266中國(guó)科技大學(xué)和西北化工研究院SU239華東理工大學(xué)和上海奉賢化肥廠SDM型工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)活性溫度:400650度大連化物所多組分鉬系M348290400℃常壓85%%1年國(guó)內(nèi)十余個(gè)工廠部分甲烷化城市煤氣上海煤氣公司SG100GRI、CRC、IGT(鉬系耐硫甲烷化催化劑)ICI1135001200F常壓到1000psigH2/~1:1,硫含量可高達(dá)1%。8) 添加Na于Ni/Al2O3體系后,隨著Na量的增大,催化劑甲烷化活性增大并經(jīng)歷一極大值;添加劑Na會(huì)改變Ni/Al2O3體系中各Ni物種的分配,改變Ni Al2O3相互作用,適量Na會(huì)提高Ni的分散度,降低N(G)和N(Ni),優(yōu)化Ni Al2O3的相互作用,提高催化劑的活性,Na過量反而會(huì)降低催化劑的活性12。5) 添加重稀土氧化物可使Ni/γAl2O3體系中鎳在γAl2O3表面的分散度增大,從而提高甲烷化催化劑活性;6) 添加稀土氧化物,可對(duì)Ni/γAl2O3體系中表面鎳原子的電子狀態(tài)產(chǎn)生影響,減緩了表面金屬鎳原子的缺電子狀態(tài),進(jìn)而改善催化劑性能8, 9。張文勝等6研究了干混法、共沉淀法和浸漬法對(duì)鎳基催化劑性能的影響,雖然三種催化劑均有良好的低溫催化性能,但是干混法和共沉淀法制備過程影響因素多,不易重復(fù),催化劑的穩(wěn)定性不好;浸漬法制備的催化劑性能穩(wěn)定、易重復(fù)。 制備方法對(duì)催化劑性能的影響 常見的不耐硫型甲烷化催化劑是以γAl2O3(或其他無機(jī)氧化物)為載體,以Ni(或NiO)為活性組分,添加其他助劑生產(chǎn)而成的催化劑。 載體對(duì)催化劑性能的影響Takenaka等5系統(tǒng)地研究了不同載體上的Ni基和Ru基催化劑的CO甲烷化反應(yīng)性能。5. 瀝濾法:將活性組分金屬和非活性金屬在高溫下熔融,做成合金,將合金粉碎后用苛性鈉溶解除去非活性金屬即得骨架催化劑。3. 混合法:混合法就是將活性組分、助催化劑、載體或粘性劑、潤(rùn)滑劑、造孔劑等放入混合器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械混合,碾壓至一定程度后,再經(jīng)成型、干燥、焙燒、過篩等即為成品。
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