Открытый доступ
Только для подписчиков
Особенности исследования и реализации экзотермических реакций на гетерогенных катализаторах
https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-4-266-277
Аннотация
В обзоре проанализированы общие закономерности протекания экзотермических каталитических реакций на гетерогенных катализаторах. Представлены данные по исследованию и реализации ряда практически важных экзотермических каталитических реакций: парциального окисления углеводородов и СО, синтеза спиртов и углеводородов из СО и Н2, гидрирования углеводородов, предпочтительного окисления СО. При вариации температуры или концентрации поступающего на катализатор сырья система может проходить через воспламенение и затухание поверхности катализатора, переходя из состояния с низкой активностью в состояние с высокой активностью (внешнедиффузионный режим) и обратно так, что при этом наблюдается температурный или концентрационный гистерезис. С использованием критерия Семенова рассмотрены возможные варианты температурного профиля, устанавливающегося в трубчатом каталитическом реакторе при стационарном протекании экзотермической реакции. В зависимости от соотношения скоростей теплоподвода и теплоотвода можно классифицировать реакторы как изотермические, политропические, адиабатические. Политропические реакторы характеризуются наличием горячей зоны, смещенной к входу в слой катализатора. Отмечено, что на характер температурного профиля в слое катализатора влияют: протекание наряду с экзотермической реакцией реакции эндотермической, прочная адсорбция одного из реагентов, дезактивация катализатора. Рассмотрены особенности перехода реакции в режим неизотермических колебаний.
Список литературы
1. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967. 492 с.
2. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа. М.: Мир, 1984. 520 с.
3. Махлин В.А. // Теоретические основы химической технологии. 2009. Т. 43. С. 261—275.
4. Kiwi-Minsker L., Ruta M., Eslanloo-Pereira T., Bromley B. // Chem. Eng. Proc. 2010. V. 49. P. 973.
5. Hayer F., Bakhtiary-Davijany H., Myrstad R., Holmen A., Pfeifer P., Venvik H.J. // Chem. Eng. J. 2011. V. 167. P. 610.
6. Hayer F., Bakhtiary-Davijany H., Myrstad R., Holmen A., Pfeifer P., Venvik H.J. // Top. Catal. 2011. V. 54. P. 817.
7. Yu X., Li H., Tu S.-T., Yan J., Wang Z. // Int. J. Hydrogen energy. 2011. V. 36. P. 3778.
8. Kikas T., Bardenshteyn I., Williamson C., Ejimofor C., Puri P., Fedorov A.G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2003. V. 42. P. 6273.
9. Vakili R., Pourazadi E., Setoodeh P., Eslamloueyan R., Rahimpour M.R. // Appl. Energ. 2011. V. 88. P. 1211.
10. Vakili R., Setoodeh P., Pourazadi E., Iranshahi D., Rahimpour M.R. // Chem. Eng. J. 2011. V. 168. P. 321.
11. Rahimpour M.R., Farniaei M., Abbasi M., Javanmardi J., Kabiri S. // Energ. Fuel. 2013. V. 27. P. 1982.
12. Wang T., Wang J., Jin Y. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 5824.
13. Матрос Ю.Ш. Каталитические процессы в нестационарных условиях. Новосибирск: Наука, 1987. 229 с.
14. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1988. 304 с.
15. Unsteady state processes in catalysis: proc. int. conf. 5-8 june
16. , Novosibirsk, USSR. Ed. Yu. Sh. Matros. — Utrecht: VSP. — III.
17. Han D.H., Park O.O., Kim Y.G. // Appl. Catal. A. Gen. 1992. V. 86. P. 71.
18. Bos A.N.R., Hof E., Kuper W., Westerterp K.R. // Chem. Eng. Sci. 1993. V. 48. P. 1959.
19. Sheng M., Yang H., Cahela D.R., Yantz W.R. Jr., Gonzalez C.F., Tatarchuk B.J. // Appl. Catal. A: Gen. 2012. V. 445—446. P. 143.
20. Каган Ю.Б., Пономаренко А.Т., Розовский А.Я., Локтев С.М., Башкиров А.Н. // Нефтехимия. 1965. Т. 5. С. 82.
21. Каган Ю.Б., Пономаренко А.Т., Розовский А.Я. // Кинетика и катализ. 1966. Т. 7. С. 679.
22. Кипнис М.А., Самохин П. В., Волнина Э. А. // Кинетика и катализ. 2013. T. 54. C. 235.
23. Amin A., Abedi A., Hayes R., Votsmeier M., Epling W. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 478. P. 91.
24. Kipnis M.A., Volnina E.A. // Appl. Catal. B. Env. 2011. V. 103. P. 39.
25. Kipnis M.A., Volnina E.A. // Appl. Catal. B. Env. 2010. V. 98. P. 193.
26. Розовский А.Я., Кипнис М.А., Волнина Э.А., Лин Г.И., Самохин П.В. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. С. 750.
27. Розовский А.Я., Кипнис М.А., Волнина Э.А. и др. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. С. 718.
28. Кипнис М.А., Волнина Э.А. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. С. 295.
29. Кипнис М.А., Волнина Э.А., Ежов А.А., Иванов В.К. // Кинетика и катализ. 2013. T. 54. C. 373.
30. Kipnis M. // Appl. Catal. B: Env. 2014. V. 152—153. P. 38.
31. Carlsson P.-A., Skoglundh M., Thormählen P., Andersson B. // Top. Catal. 2004. V. 30/31. P. 375.
32. Saramat A., Thormählen P., Skoglundh M., Attard G.S., Palmqvist A.E.C. // J. Catal. 2008. V. 253. P. 253.
33. Arnby K., Assiks J., Carlsson P.-A., Palmqvist A., Skoglundh M. // J. Catal. 2005. V. 233. P. 176.
34. Abedi A., Hayes R., Votsmeier M., Epling W.S. // Catal. Lett. 2012. V. 142. P. 930.
35. Carlsson P.-A., Skoglundh M. //Appl. Catal. B: Env. 2011. V. 101. P. 669.
36. Bos A.N.R., Van de Beld L., Overkamp J.B., Westerterp K.R. // Chem. Eng. Comm. 1993. V. 121. P. 27.
37. S. Heinrich, F. Edeling, C. Liebner, H. Hieronymus, T. Lange, E. Klemm // Chem. Eng. Science. 2012. V. 84. P. 540.
38. Drewsen A., Ljungqvist A., Skoglundh M., Andersson B. // Chem. Eng. Sci. 2000. V. 55. P. 4939.
39. Cunningham D.A.H., Kobayashi T., Kamijo N., Haruta M. // Catal. Lett. 1994. V. 25. P. 257.
40. Fujitani T., Nakamura I. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2011. V. 50. P. 10144.
41. Розовский А.Я. Гетерогенные химические реакции. Кинетика и макрокинетика. М.: Наука, 1980. 323 с.
42. Kiewidt L., Thöming J. // Chem. Eng. Sci. 2015. V. 132. P. 59.
43. Rönsch S., Schneider J., Matthischke S. et al. // Fuel. 2016. V. 166. P. 276.
44. Pinkerton B., Luss D. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 1898.
45. Sun M., Croiset E.B., Hudgins R.R., Silveston P.L., Menzinger M. // Ind. Eng. Chem. Res. 2003. V. 42. P. 37.
46. Nilsen O., Kjekshus A., Fjellvåg H. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 207. P. 43.
47. Pontzen F., Liebner W., Gronemann V., Rothaemel M., Ahlers B. // Catal. Today. 2011. V. 171. P. 242.
48. Viswanathan G.A., Sheintuch M., Luss D. // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. P. 7509.
49. Боресков Г.К., Слинько М.Г. // Химическая промышленность. 1960. № 3. С. 17.
50. Dybkjaer I. In book «Ammonia: Catalysis and Manufacture». 1995. by A. Nielsen (Ed.)
51. Hirotani K., Nakamura H., Shoji K. // Catal. Surveys from Japan. 1998. V. 2. P. 99.
52. Tijm P.J.A., Waller F.J., Brown D.M. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 221. P. 275.
53. Jahanmiri A., Eslamloueyan R. // Chem. Eng. Comm. 2002. V. 189. P. 713.
54. Abrol S., Hilton C.M. // Comput. Chem. Eng. 2012. V. 40. P. 117.
55. Farsi M., Eslamloueyan R., Jahanmiri A. // Chem. Eng. Process. 2011. V. 50. P. 85.
56. Shahrokhi M., Baghmisheh G.R. // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. P. 4275.
57. Aguilar R., Poznyak A., Martínez-Guerra R., Maya-Yescas R. // J. Process Control. 2002. V. 12. 695.
58. Davis B.H. // Top. Catal. 2005. V. 32. Р. 143.
59. Dry M.E. // Catal. Today. 2002. V. 71. Р. 227.
60. Pennemann H., Kolb G. // Catal. Today. 2016. V. 278. P. 3.
61. Sheng M., Yang H., Cahela D.R., Tatarchuk B.J. // J. Catal. 2011. V. 281. P. 254.
62. Visconti C.G., Groppi G., Tronconi E. // Catal. Today. 2016. V. 273. P. 178.
63. Tronconi E., Groppi G., Visconti C.G. // Curr. Opin. Chem. Eng. 2014. V. 5. P. 55.
64. Gräf I., Rühl A.-K., Kraushaar-Czarnetzki B. // Chem. Eng. J. 2014. V. 244. P. 234.
65. Baronskaya N.A., Minyukova T.P., Sipatrov A.G. et al. // Chem. Eng. J. 2007. V. 134. P. 195.
66. Odunsi A.O., O’Donovan T.S., Reay D.A. // Appl. Thermal Eng. 2016. V. 93. P. 1377.
67. Rozovskii A.Ya., Lin G.I., Kipnis M.A. et al. // Top. Catal. 2007. V. 42—43. P. 437.
68. Розовский А.Я., Кипнис М.А., Волнина Э.А., Самохин П.В., Лин Г.И. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. C. 99.
69. Yarulina I., Kapteijn F., Gascon J. // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 5320.
70. Sørensen M.D.P. // Chem. Eng. Sci. 2014. V. 106. P. 126.
71. Horn R., Williams K.A., Degenstein N.J. et al. // J. Catal. 2007. V. 249. P. 380.
72. Wang M., Weng W., Zheng H. et al. // J. Nat. Gas Chem. 2009. V. 18. P. 300.
73. Bi Y., Lu G. // Appl. Catal. B: Env. 2003. V. 41. P. 279.
74. Beck I.E., Kriventsov V.V., Novgorodov B.N. et al. // Nucl. Instr. Methods Phys. Res. A. 2009. V. 603. P. 178.
75. Salomonsson P., Johansson S., Kasemo B. // Catal. Let. 1995. V. 33. P. 1.
76. Шутилов А.А., Зенковец Г.А., Пахаруков И.Ю., Просвирин И.П. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. С. 115.
77. Carabineiro S.A.C., Nieuwenhuys B.E. // Surf. Sci. 2002. V. 505. P. 163.
78. Wang J.B., Lin S.-C., Huang T.-J. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. V. 232. P. 107.
79. Manzoli M., Monte R.D., Boccuzzi F., Coluccia S., Kašpar J. // Appl. Catal. B: Env. 2005. V. 61. P. 192.
80. Subbotin A.N., Subbotina I.R., Golosman E.Z. // Mendeleev Commun. 2015. V. 25. P. 216.
81. Furusawa T., Kunii D. // J. Chem. Eng. Japan. 1971. V. 4. Р. 274.
82. Veser G., Frauhammer J., Schmidt L.D., Eigenberger G. // Stud. Surf. Sci. Catal. 1997. V. 109. P. 273.
83. Veser G., Frauammer J., Schmidt L.D. in book «Dynamics of surfaces and reaction Kinetics in Heterogeneous Catalysis», ed. G.F. Froment and K.C. Waugh. 1997. Elsevier Science. P. 273.
84. Kolodziecjczyk M., Colen R.E.R., Berdau M., Delmon B., Block J.H. // Surf. Sci. 1997. V. 375. P. 235.
85. Jaree A., Hudgins R.R., Budman H.M. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2003. V. 42. P. 1662.
86. Schüth F., Henry B.E., Schmidt L.D. // Adv. Catal. 1993. V. 39. P. 51.
87. Филд Р., Бургер М. Колебания и бегущие волны в химических системах / Под ред. А.М. Жаботинского. М.: Мир, 1988. 720 с.
88. Catal. Today. 2005. V. 105. I—II.
89. Imbihl R. // Surf. Sci. 2009. V. 603. P. 1671.
90. Слинько М.М., Слинько М.Г. // Кинетика и катализ. 1982. T. 23. C. 1421.
91. Ertl G., in book «Handbook of Heterogeneous Catalysis». 2008. V. 3. Р. 1462.
92. Ertl G. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 3524.
93. Slinko M.M., Korchak V.N., Peskov N.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 303. P. 258.
94. Slinko M.M. // Catal. Today. 2010. V. 154. P. 38.
95. Слинько М.М. // Кинетика и катализ. 1995. Т. 36. С. 930.
96. Cordonier G.A., Schüth F., Schmidt L.D. // J. Chem. Phys. 1989. V. 91. P. 5374.
97. Beusch H., Fieguth P., Wicke E. // Chem.-Ing.-Tech. 1972. V. 44. P. 445.
98. Wicke E. // Chem.-Ing.-Tech. 1974. V. 46. P. 365.
99. Fieguth P. Wicke E. // Chem-Ing.-Technik. 1971. V. 43. P. 604.
100. Wicke E., Onken H.U. // Chem. Eng. Sci. 1986. V. 41. P. 1681.
101. Слинько М.Г. // Основы и принципы математического моделирования каталитических процессов / Ин-т катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Новосибирск, 2004. 488 с.
102. Lagos R.E., Sales B.C., Suhl H. // Surf. Sci. 1979. V. 82. P. 525.
103. Dagonnier R., Nuyts J. // J. Chem. Phys. 1976. V. 65. P. 2161.
104. Ertl G., Zeyer K.-P., Mangold M., Gilles E. D. // J. Phys. Chem. A. 2001. V. 105. P. 7216.
105. Lagos R.E., Simões T., Godoy A.L. // Physica A. 1998. V. 257. P. 401.
106. Petrov L., Vladov Ch., Eliyas A. et al. // J. Mol. Catal. 1989. V. 54. 237.
107. Marwaha B., Luss D. // Chem. Eng. Sci. 2003. V. 58. P. 733.
108. Marwaha B., Sundarram S., Luss D. // Chem. Eng. Sci. 2004. V. 59. P. 5569.
109. Sundarram S., Luss D. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 1485.
110. Luss D., Sheintuch M. // Catal. Today. 2005. V. 105. P. 254.
111. Stavarek. P., Vajglova Z., Kristal J., Jiricny V., Kolena J. // Catal. Today. 2015. V. 256. P. 250.
112. Kim J., Byeon J., Seo I.G. et al. // Korean J. Chem. Eng. 2013. V. 30. P. 790.
Рецензия
Для цитирования:
Кипнис M.A. Особенности исследования и реализации экзотермических реакций на гетерогенных катализаторах. Катализ в промышленности. 2017;17(4):266-277. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-4-266-277
For citation:
Kipnis M.A. Special Aspects of Investigation and Implementation of Exothermic Reactions over Heterogeneous Catalysts. Kataliz v promyshlennosti. 2017;17(4):266-277. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-4-266-277
Просмотров: 753
Послать статью по эл. почте 