Tytuł artykułu
Autorzy
Identyfikatory
Warianty tytułu
Języki publikacji
Abstrakty
Celem pracy było modelowanie kinetyki trzech ważnych z praktycznego punktu widzenia procesów: syntezy metanolu, syntezy wyższych alkoholi alifatycznych, syntezy węglowodorów w reakcji Fischera-Tropscha. W procesach tych następuje bezpośrednie uwodornienie tlenku i/lub ditlenku węgla. W procesach syntezy wyższych alkoholi i węglowodorów uwodornienie CO jest połączone ze wzrostem łańcucha węglowodorowego. Surowcem jest gaz syntezowy (mieszanina H2, CO, CO2 i ewentualnie N2), a uzyskanie określonego składu produktów jest możliwe dzięki użyciu odpowiedniego katalizatora oraz zastosowaniu właściwych dla tego katalizatora warunków syntezy. Do modelowania wykorzystano wyniki własnych badań doświadczalnych wykonane w skali laboratoryjnej w układzie gaz-ciecz-ciało stałe Intensywne mieszanie zawiesiny oraz znaczne rozdrobnienie ziaren katalizatora umożliwiły wykonanie pomiarów szybkości reakcji w obszarze kinetycznym. W opisie matematycznym pominięto kinetykę procesów transportu masy przyjmując istnienie równowagi fizyko-chemicznej na granicy międzyfazowej gaz-ciecz i ciecz-ciało stałe. Wypadkowa szybkość reakcji była określona przez szybkości reakcji elementarnych zachodzących na centrach aktywnych katalizatora. Równania kinetyczne wyprowadzono w oparciu o opublikowane w literaturze mechanizmy rozważanych reakcji. W syntezie metanolu wykorzystano typowy dla tego procesu katalizator Cu/ZnO/Al2O3 z niewielką domieszką tlenku manganu, wyprodukowany w Zakładach Azotowych w Tarnowie. W procesie otrzymywania wyższych alkoholi używano złożonego katalizatora miedziowo-cynkowego z dodatkiem cezu jako promotora. Ten katalizator został zsyntetyzowany w Instytucie Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach. Do modelowania kinetyki syntezy Fischera-Tropscha wykorzystano dane doświadczalne uzyskane przy użyciu katalizatorów żelazowych modyfikowanych tlenkami miedzi i potasu, wyprodukowanych przez amerykańską firmę United Catalyst, Inc. (UCI) Szczegóły dotyczące modelowania kinetyki trzech rozważanych w tej pracy procesów opisano w rozdziałach 2, 3 i 4. Podano tam również ogólne informacje dotyczące tych procesów oraz przedstawiono zakres i wyniki badań doświadczalnych wykorzystanych do identyfikacji modeli. Opis instalacji doświadczalnej, metodykę prowadzenia badań oraz sposób opracowania wyników pomiarów, wspólne dla trzech procesów, przedstawiono w dodatkach zamieszczonych w końcowej części tego opracowania.
Hydrocarbons, methanol and higher alcohols can be synthesized on a large scale from synthesis gas over heterogeneous catalysts. Copper and zinc are the key components of the methanol catalyst. Alkali promotion of this catalyst changes the product composition from pure methanol to a mixture of alcohols. Promoted iron catalysts were used in commercial reactors for synthesis gas conversion to hydrocarbon mixture via Fischer-Tropsch synthesis. These processes are conventionally carried out in gas-phase reactors. As their alternative, the three-phase process is considered, in which an inert liquid is used to absorb the heat released during the reaction. The objective of this thesis was to develop kinetic models for the liquid phase synthesis gas conversion reactions which can be used to describe product formation on three following catalysts: - commercial Cu/ZnO/MnO3/Al2O3 (Zakłady Azotowe, Tarnów), - Cu/ZnO/ZrO2/Fe2O3/MoO3/ThO2/Cs2O (synthesized in Institute of Chemical Engineering of Polish Academy of Science, Gliwice), - Fe/CuO/K2O/SiO2 (United Catalyst, Inc.). Detailed reaction networks, derived from the literature and own steady-state experimental data, obtained in a laboratory stirred autoclave, were used as a basis for the development of kinetic models. In this study experiments were designed in such a way that all mass transfer resistances, including mass transfer through gas-liquid and liquid-solid interfaces and intra-particle diffusion, were negligible. The kinetics models were derived by using Langmuir-Hinselwood formalism and steady-state approximation for most of the reaction intermediates. Molar concentrations of reagents were originally used in rate equations, but for practical reasons the concentrations were then replaced by partial pressure using Henry's law. The kinetic parameters were then estimated by nonlinear regression of the experimental data. The models successfully predict the formation and/or distribution of products within the range of experimental conditions employed. The reaction mechanistic and kinetic considerations for three processes are subject of chapters 2, 3 and 4. Some general information about the process as well as experimental data is also included. In chapters 6 to 9 the experimental set-up, experimental procedure, analysis and data handling, similar for the three synthesis, are presented.
Rocznik
Tom
Strony
3--115
Opis fizyczny
Bibliogr. 160 poz.
Twórcy
autor
- Katedra Inżynierii Bezpieczeństwa Pracy, Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, nowickil@p.lodz.pl
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-LOD6-0017-0025
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.