滕波涛
,
常杰
,
王刚
,
张成华
,
刘颖
,
郑洪岩
,
杨骏
,
张荣乐
,
白亮
,
相宏伟
,
李永旺
催化学报
通过平衡闪蒸模拟催化剂孔道液体组成、烯烃物理吸附和虚拟烯烃分压等方法,考察了化学反应以外的非本征因素对F-T合成动力学模型的校正.平衡闪蒸模拟催化剂孔道中烯烃组成的校正计算结果表明,在烯烃浓度出现峰值前,溶解度效应对烯烃再吸附及参与二次反应起主导作用,而在烯烃浓度出现峰值后,烯烃的扩散和物理吸附等效应可能起主导作用.分析烯烃添加的反应器模拟结果发现,考虑烯烃物理吸附作用的动力学模型校正方法不能够正确反映烯烃添加实验的定性规律,而虚拟烯烃分压校正方法能够正确反映烃分布规律并可定量预测烯烃添加对产物分布规律的影响,这对需要尾气循环的F-T合成工业操作具有重要意义.
关键词:
费-托合成
,
动力学
,
溶解度
,
物理吸附
,
虚拟烯烃分压
,
铁
,
锰
,
工业催化剂
刘福霞
,
郝庆兰
,
王洪
,
杨勇
,
白亮
,
朱玉雷
,
田磊
,
张志新
,
相宏伟
,
李永旺
催化学报
采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了不同K助剂含量的系列微球形Fe/Cu/K/SiO2催化剂(K/Fe质量比为0.010～0.058),采用低H2/CO比的合成气于典型的工业反应条件下(523～533 K, 1.5 Mpa, H2/CO=0.67)进行了长期的浆态相F-T合成(FTS)反应性能评价. 结果表明: K助剂的添加可增大催化剂活性,提高C5+、总的烯烃、有机含氧化合物及CO2的选择性,并促进水煤气变换反应,但过高的K含量易使催化剂反应稳定性变差. 适中的K含量为K/Fe＝0.030,该K含量催化剂的660 h浆态床FTS反应性能评价结果显示,该催化剂具有较高的催化活性和C5+选择性,产物分布较合理,长期运行稳定性好,反应后卸载下的催化剂形貌观测表明该催化剂还具有较好的抗磨损性能. 除K助剂的化学效应起主导作用外,催化剂的织构性质尤其是孔结构可能对催化剂的催化性能也有一定的影响,并引起K/Fe＝0.045时铁基催化剂对FTS产物选择性和水煤气变换反应活性的部分调变.
关键词:
费-托合成
,
铁基催化剂
,
钾
,
助剂
,
浆态床反应
,
喷雾干燥技术
滕波涛
,
常杰
,
刘颖
,
张成华
,
杨骏
,
郑洪岩
,
张荣乐
,
白亮
,
相宏伟
,
李永旺
催化学报
利用转篮式无梯度反应器,在工业Fe-Mn催化剂上,在较宽的工业操作相关的反应条件下进行了F-T合成反应动力学研究.首次提出了利用转篮式无梯度反应器反应气氛和反应温度均一的优势,将烃生成反应动力学的估算从传统的对烃生成和水煤气变换这两类发生在不同活性中心的反应同时进行估算的方法中分离出来,简化了烃生成动力学模型的计算.在基于亚甲基插入的亚烷基机理动力学模型基础上,考虑到乙烯与催化剂表面强的相互作用,将乙烯和乙烷的生成动力学参数单独览计算.动力学模型计算的链增长、烷烃和烯烃生成的活化能均与文献报道值具有较好的一致性.由F-T合成动力学模型计算的合成气消耗速率、甲烷生成速率和C5+的生成速率较好地与实验值吻合.通过动力学模型并结合实验结果分析发现,未考虑除化学反应之外的非本征因素的烯烃再吸附动力学模型不能够正确预测烃产物分布偏离ASF规律及烯烷比随碳数增加而下降的现象.
关键词:
费-托合成
,
动力学
,
烯烃再吸附
,
铁
,
锰
,
工业催化剂
常杰
,
陈建刚
,
滕波涛
,
相宏伟
,
李永旺
,
孙予罕
,
刘涛
,
谢亚宁
,
张静
,
胡天斗
催化学报
采用X射线衍射和X射线吸收精细结构表征手段对ZrO2改性前后的Co/SiO2催化剂在费-托合成过程中因结构变化而失活进行了研究. 不同失活程度的催化剂通过在常压微型固定床反应器中调节反应环境分压比p(H2O)/p(H2)进行的一系列模型实验来获得. 结果表明,Co0晶粒的氧化和长大均可导致Co/SiO2催化剂失活,在高的水分压条件下,氧化是主要的失活原因. 在相同条件下,经ZrO2改性的Co/SiO2催化剂的失活可以得到明显抑制,催化剂稳定性显著提高.
关键词:
钴
,
二氧化硅
,
负载型催化剂
,
氧化锆
,
助剂
,
费-托合成
,
失活
常杰
,
滕波涛
,
白亮
,
张荣乐
,
陈建刚
,
徐元源
,
相宏伟
,
李永旺
,
孙予罕
催化学报
采用单位键指标-二次指数势(UBI-QEP)方法对模型催化剂Co(0001)晶面进行了费-托(F-T)合成反应的反应能学分析,发现以不含氧的CxHy,s 作为中间体的表面碳化物机理在能量上较为合理,而CH2,s 作为链增长单体的链增长方式是能量上最有利的F-T合成反应途径. 在Co/ZrO2/SiO2催化剂上的非稳态实验研究中发现,在F-T合成的操作温度范围内,H2O的生成是主要的表面O的移去方式; CO解离和表面碳物种Cs加氢可能是F-T合成中的重要速控步骤; 链增长过程是F-T合成反应中较快的基元反应步骤; 甲烷的生成具有多种不同活性的表面前驱体,导致生成的甲烷严重偏离经典的ASF分布规律. 结合F-T合成表面反应的研究结果,初步确定了F-T合成动力学研究中需要考虑的机理模型的范围是以CO解离和表面碳物种Cs加氢为速控步骤,以CH2,s 插入为链增长途径的表面碳化物机理. 该结果缩小了待选动力学模型的范围.
关键词:
钴基催化剂
,
费-托合成
,
反应动力学
,
反应途径
,
反应能学分析
,
非稳态实验
王洪
,
杨勇
,
吴宝山
,
许健
,
王虎林
,
定明月
,
相宏伟
,
李永旺
催化学报
采用沉淀法和喷雾干燥技术制备了一个典型的费托合成铁基催化剂(100Fe/3K/6SiO_2,质量比)所得样品在不同温度下焙烧5 h.分别利用N_2吸附和穆斯保尔谱表征了催化剂的织构和物相性质,同时利用热重分析仪记录了催化剂在H2气氛中的还原过程,并利用气固反应模型对还原曲线进行了动力学模拟.结果表明,300~600℃焙烧后催化剂的还原过程可用相同的模型拟合,其中由α-Fe_2O_3还原为Fe_3O_4的过程可用一维晶相形成与生长模型或三维相界面反应模型描述,Fe_3O_4还原为α-Fe的过程受二维晶相形成与生长模型控制.而对于700℃焙烧后的催化剂,其还原过程可能受晶相形成与生长模型和收缩核模型共同影响.随着焙烧温度的提高,催化剂的还原能力减弱,还原过程活化能升高.这可能是由于焙烧温度的提高导致晶粒尺寸增大和晶格缺陷减少所致.
关键词:
费托合成
,
铁基催化剂
,
焙烧温度
,
还原动力学
,
表观活化能
常杰
,
滕波涛
,
白亮
,
陈建刚
,
张荣乐
,
徐元源
,
相宏伟
,
李永旺
,
孙予罕
催化学报
在典型的Co系催化剂工业操作条件范围(T=473～503 K,p=1.5～4.0 MPa, H2/CO体积比=1.0～3.0)内,采用等温积分固定床反应器对Co/ZrO2/SiO2催化剂进行了F-T合成反应动力学研究. 依据详细可靠的基元反应机理,按照Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson动力学推导方法,获得了Co系催化剂上基于详细反应机理的动力学模型. 通过动力学实验数据的回归分析,发现基于COs直接解离并以烷基为链增长中间体的表面碳物种机理的动力学模型可以较好地描述Co/ZrO2/SiO2催化剂上的F-T合成反应结果,该模型可自洽地描述F-T合成过程中的合成气消耗和烃产物分布状况,且获得的反应活化能等关键动力学参数与文献报道的理论结果基本一致.
关键词:
钴基催化剂
,
费-托合成
,
反应动力学
,
动力学模型
王洪
,
杨勇
,
吴宝山
,
许健
,
王虎林
,
青明
,
相宏伟
,
李永旺
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2010.90820
利用恒温还原和程序升温还原技术研究了水分压对铁基费托合成催化剂还原路径、还原机理和表观活化能的影响.程序升温还原结果表明,水分压对催化剂的还原路径没有明显的影响,催化剂均首先由α-Fe_2O_3还原为Fe_3O_4,然后超顺磁态Fe_3O_4先还原为FeO,再还原为α-Fe,而顺磁态Fe_3O_4则直接还原为α-Fe.恒温还原结果表明,催化剂在2.5%H_2O-97.5%H_2气氛中还原时,还原过程达到平衡时的还原程度随还原温度的升高而增加.利用Hancock-Sharp方法分析了恒温还原过程的动力学模型.结果表明,还原温度较低时,催化剂在2.5%H_2O-97.5%H_2气氛中还原时受内扩散模型控制;还原温度较高时则受晶相形成与生长模型控制.利用Kissinger方法计算了还原过程的活化能,发现随着水分压的增加,表观活化能呈增大的趋势.水分压对Fe_3O_4还原为α-Fe过程的影响大于其对α-Fe_2O_3还原为Fe_3O_4过程的影响.
关键词:
水分压
,
费托合成
,
铁基催化剂
,
还原动力学
,
表观活化能
刘颖
,
王钰
,
郝栩
,
李莹
,
白亮
,
相宏伟
,
徐元源
,
钟炳
,
李永旺
催化学报
用固定床反应器研究了Fe-Mn催化剂上原料气中添加CO2对费托合成反应的影响.结果表明,在533 K与反应总压为1.50 MPa时,大量CO2的添加使得生成CO2的选择性迅速降低,烃的生成速率降低,烃的收率也有所降低,产物向轻组分方向偏移,有机含氧化合物的生成速率降低;在593 K与合成气(H2+CO)分压为1.50 MPa时,随着CO2分压的增加, CO消耗速率变化不大,而烃的生成速率缓慢升高,烃的收率有所升高, CO2的生成速率缓慢降低, H2O的生成速率明显加快.由于CO2的添加,促使水煤气变换反应向逆反应方向进行,降低了催化剂表面氢物种浓度,抑制了加氢反应,低碳烃的烯/烷比有所增大,同时提高了重质烃的选择性,且随着CO2分压的增加,有机含氧化合物的生成速率呈上升的趋势.
关键词:
铁
,
锰
,
费托合成
,
合成气
,
二氧化碳
,
水煤气变换
高海燕
,
杨文书
,
相宏伟
,
李永旺
,
孙予罕
,
刘涛
,
谢亚宁
,
张静
,
胡天斗
催化学报
通过用NH4NO3溶液处理商业硅胶,制备了不同pH值的硅胶载体和一系列Co/SiO2催化剂,并考察了催化剂的还原性能. 结果表明,载体pH值的降低,使Co/SiO2催化剂在工业还原条件(673 K)下的还原度从30.9%提高到72.4%. 用TPR和EXAFS技术研究了Co/SiO2催化剂的还原过程. 结果表明,催化剂较高的还原度是由于减弱了还原过程中生成的CoO与载体硅胶之间的相互作用,从而促进了CoO的进一步还原. 用FT-IR技术研究了不同pH值硅胶表面硅醇基的存在状态,发现酸性较强的载体上易于发生表面硅醇基间的缩合作用. 根据实验结果提出了Co/SiO2催化剂的还原机理.
关键词:
钴
,
硅胶
,
负载型催化剂
,
还原性
,
pH值
