Исследование планарных родиевых и платиновых катализаторов конверсии метана и математическое моделирование катализаторных блоков для процесса охлаждения термонапряженных поверхностей

• Автор: Карпов, Игорь Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Окислительная конверсия метана.

1.1.1. Введение.

1.1.2. Паровая конверсия метана.

1.1.2.1. Термодинамика реакции

1.1.2.2. Катализаторы паровой конверсии метана

1.1.2.3. Кинетика и механизм паровой конверсии метана.

1.1.3. Углекислотная конверсия метана.

1.1.3.1. Термодинамика реакции

1.1.3.2. Катализаторы углекислотной конверсии метана
1.1.3.2.1. Никелевые, кобальтовые и железные катализаторы.
1. 1.3.2.2. Катализаторы на основе металлов платиновой группы.
1.1.3.2.3. Оксидные, карбидные и сульфидные катализаторы
1.1.3.3. Кинетика и механизм углекислотной конверсии метана.
1.1.4. Сравнение процессов углекислотной и паровой конверсии
1.2. Отвод энергии от термонапряженных поверхностей.
1.2.1. Термокаталитический метод охлаждения.
1.2.2. Каталитические процессы для регенерации тепла
1.3. Математические модели теплопереноса
1.3.1. Модель теплопроводности Фурье
1.3.2. Модель теплопроводности МаксвеллаКаттанео.
1.3.3. Модель теплопроводности с двойным запаздыванием
1.3.4. Модели МаксвеллаКаттанео и с двойным запаздыванием в
расширенной неравновесной термодинамике
ГЛАВА 2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАНАРНЫХ РОДИЕВЫХ И ПЛАТИНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
2.1. Приготовление планарных платиновых и родиевых катализаторов
2.1.1. Нанесение уАОз на поверхность подложки
2.1.2. Нанесение металлов методом пропитки.
2.2. Методика проведения каталитических экспериментов
2.2.1. Каталитическая установка КЛ2А
2.2.2. Методика расчета каталитической активности
2.3. Каталитические свойства планарных платиновых и родиевых
катализаторов.
2.3.1. Стабильность работы катализаторов.
2.3.2. Активность платиновых и родиевых катализаторов
2.4. Кинетика конверсии метана на планарных платиновых и родиевых
катализаторах.
2.4.1. Обработка экспериментальных данных для нахождения эффективных
параметров кинетической функции.
2.4.2. Модели реактора идеального смешения и реактора идеального
вытеснения
2.4.3. Определение эффективных параметров кинетической функции.
2.5. Определение параметров кинетической функции для родиевого
катализатора в процессе паровой конверсии метана
2.5.1. Расчет активности катализаторов в паровой конверсии метана
2.5.2. Обработка экспериментальных данных для нахождения эффективных параметров кинетической функции.
2.5.3. Активность родиевого катализатора в углекислотной и паровой
конверсиях метана
2.6. Сравнение эффективности планарных катализаторов и каталитических реакторов на их основе
2.7 Оценка экономической эффективности исследованных
катализаторов
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАТАЛИЗАТОРНЫХ БЛОКОВ С УПОРЯДОЧЕННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ.
3.1. Пакет плоскопараллельных теплопроводящих пластин.
3.2. Математическая модель блока
3.2.1. Уравнения баланса для газовой и твердой фаз
катализаторного блока.
3.2.2. Система дифференциальных уравнений .
3.3. Анализ математической модели и ее частных случаев
3.3.1. Система уравнений при отсутствии течения газа и без химических реакций
3.3.2. Уравнение, содержащее третью производную по времени.
3.4. Моделирование процессов паровой и углекислотной конверсий метана, дегидрогенизации циклогексана и разложения аммиака.
3.4.1. Численное решение системы с помощью метода разностных схем
3.4.2. Расчет параметров математической модели для численного моделирования
3.4.3. Численное моделирование процесса теплопереноса
3.4.4. Влияние варьируемых параметров на профиль и протекание теплового фронта
3.5. Сравнение результатов численного моделирования четырех эндотермических процессов в стационарном режиме работы
3.6. Феноменологический закон с тройным запаздыванием в расширенной неравновесной термодинамике.
3.6.1. Уравнение баланса энтропии.
3.6.2. Линейная теория
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


При более низкой температуре равновесие не достигается, однако иногда проводят пререформинг при С, когда на Лкатализаторе производят паровую конверсию в основном высших углеводородов. Основная реакция протекает в реакторе, обогреваемом огневыми горелками, в котором находится от до 0 трубок с катализатором. Реакторы с теплообменниками используются достаточно редко. При получении водорода для синтеза аммиака обычно используют соотношение Н2СН4 и получают по реакции 1. Н2СО, близким к 3, и далее проводят при 0С реакцию 1. Более низкий показатель соотношения Н2СО, необходимый для синтеза метанола и углеводородов, достигают, например, добавлением С. На заводах по производству метанола применяют двухстадийный процесс высокотемпературную 0С конверсию СО на катализаторе Ре2ОзСг2Оз и низкотемпературную 0С конверсию на катализаторе Си2пО. Непрореагировавшая вода возвращается в цикл. Основными недостатками паровой конверсии являются высокая стоимость перегретого водяного пара и образование значительных избыточных количеств С к тому же получаемый синтезгаз состава Н2СО удобен только для синтеза аммиака, но неудобен для синтеза метанола и ряда других углеводородов . По реакции метана с углекислым газом 1. Газ такого состава используется для ряда процессов, например, для гидроформилирования или получения поликарбонатов. Изучение взаимодействия СНЦ с СЭ2 интересно также с точки зрения вовлечения в практику такого практически неисчерпаемого источника сырья, как диоксид углерода. К тому же промышленные выбросы СО2, возможно, влияют на потепление атмосферы так называемый парниковый эффект . Использование реакций в промышленности пока невелико. Промышленному применению углекислотной конверсии метана препятствуют, вопервых, высокая эндотермичность процесса, т. Существуют лишь три крупных процесса, применяющих С в качестве сырья производство соды, мочевины и салициловой кислоты. Промышленность заинтересована в расширении круга таких производств. Особенно интересно было бы использовать окислительные свойства С, например, в реакции с метаном. Оба компонента реакции СН4 и С дешевы, и можно надеяться на создание многотоннажных производств на их основе. Взаимодействие метана с С с образованием синтезгаза состава на ряде металлических катализаторов было впервые изучено в работе Фишера и Тропша . Одними из первых, авторы изучили каталитические превращения эквимолекулярной смеси метана и С на платине, нанесенной на различные носители использующиеся в промышленности. Наиболее эффективна , нанесенная на активированный уголь БАУ. На ней, уже начиная с 0С, протекает реакция получения синтезгаза 1. Еще более интенсивно происходят реакции образования углерода. В пилотных установках сегодня используют различные приемы. Известен, например, так называемый процесс Калкор, представляющий собой конверсию природного или нефтяного газа в присутствии СОг , . Монооксид углерода образуется с примесью СН4 менее 0,1. Относительно недавно , предложено использовать синтезгаз состава для промышленного получения диметилового эфира. СО 4Н2 СН3ОСН3 Н. Однако, с учетом того, что образующаяся вода вступает во взаимодействие с СО по реакции 1. СОН2 состава , т. ЗСО ЗН2 СН3ОСН3 С. Термодинамика реакции 1. Получаемый д и метиловый эфир предлагается применять в качестве топлива в дизельных двигателях без переделки самих двигателей. Это перспективное топливо, которое часто называют топливом века, резко снижает токсичность отработавших газов. В последнее время рассматривается возможность использования каталитической углекислотной и паровой конверсий метана в качестве промежуточной стадии окисления метана в газотурбинных установках с рециклом продуктов окисления топлива как генерирующих электроэнергию, так и вырабатывающих водород или синтезгаз, что позволяет также достигнуть значительного энергосберегающего и экологического эффекта . При этом, такого рода интегрированные энергосистемы предполагают проведение каталитической конверсии в нестандартных условиях при значительном избытке конвертирующих агентов по отношению к метану при очень высоких потоках рабочей смеси при возможно более низких температурах начальной стадии конверсии.