甲醇蒸气转化及甲醇分解过程的思考

2022-10-27

下面我们主要从甲醇蒸气转化及甲醇分解过程的热力学分析以及热力分析两个角度进行详细地阐述。

一、甲醇蒸气转化及甲醇分解过程的热力学分析

1. 甲醇分解以及甲醇蒸气转化的过程的物种模型

根据以往对甲醇分解以及甲醇蒸气转化过程中的原位红外跟踪的深入研究, 通过在单管反应器的特定条件下, 加强对甲醇分解以及甲醇蒸气转化的过程中的相关动力化学反应的全面科学地观察和研究, 可以从中得出, 甲醇通过铜系催化剂在分解的过程中主要存在甲醇、氢气以及一氧化碳等物种, 甚至有时有少量的甲烷、二氧化碳等其他的物种。在甲醇蒸气转化的过程中, 会产生水、二氧化碳、甲醇以及氢气等各类物种。虽然许多科学家对在铜系催化剂作用下的甲醇分解以及甲醇蒸气转化中产生的主要物种进行过不同的研究, 但是最后的看法基本都是一致的。现在基本认为在甲醇分解的过程中, 会产生甲醇、氢气以及一氧化碳等主要物种, 在甲醇蒸气转化的过程中, 则主要会产生甲醇、氢气、水以及二氧化碳等物种。但是对于其过程中分解出的一些含量较小的其他物种, 一般是不同的研究者会得出不同的看法。比如, 有的涉及到甲醇分解的文献中并没有提出甲醇分解中有甲烷、乙醇以及二氧化碳等物种的存在, 而有的参考文献中提到甲醇在分解的过程中, 可能会产生C2H4等物质, 然后进一步形成更加高级的烷烃, 甚至在甲醇分解的过程中还可能产生结碳。对于甲醇蒸气转化的过程中产生何种物种, 又存在一些不同的看法。有的研究者认为不可能存在一氧化碳这种物种。目前, 研究者普遍对甲醇分解以及甲醇蒸气转化过程中产生的物种存在一些争议, 产生这种状况的主要原因是由于一些含量较低的物种存在。同时, 加强对某些物种的研究对新技术、新工艺的开发具有重大的现实意义。比如, 在甲醇蒸气转化的过程中可能产生一氧化碳, 而一氧化碳对氢燃料电池的电极来说可能产生毒性;在进行甲醇蒸气转化工艺的过程中生产氢气时, 其过程中产生的一氧化碳的具体含量与氢气质量是息息相关的。

2. 甲醇分解

甲醇在分解的过程中, 主要是按照8种物种模式, 在260摄氏度以及1.OMPa的条件下进行热力学计算。在甲醇分解的第一、第二、第三以及第四个步骤中, 基本都存在HCOOCH3这种物种模式, 由于HCOOCH3这种物种的平衡浓度一般都非常低, 因此, 基本可以认为HCOOCH3这种物种在物系中是不存在的。因为在计算的过程中, 使用了防止物种浓度为零的相关措施, 所以基本可以判定在甲醇分解的过程中, 不应该存在这种物种, 如果存在也是中间产物。在甲醇分解的步骤一、步骤二以及步骤三等含有C2H4、C2H4OH的物种模式中, 这两种存在的物种的平衡浓度也非常低, 也可以认为这两种物种其实不存在与物系中, 那么如果在实际的操作过程中出现了这两种物种也只是作为一种中间产物存在的。甲醇分解的步骤一基本涉及到了其分解过程中产生的所有的物种类型, 根据对步骤一中的平衡组成的情况的分析, 可以得出, 在热力学上有助于CH4以及CO2的产生。将甲醇分解的步骤1、步骤5与步骤4相比较, 很容易发现其发生了以下的化学反应:

有的文献表示甲醇在分解的过程中, 可能会产生结碳这种物种。如果我们因此假设在分解过程中产生碳的自由能为零, 也就是说在分解过程中生成元素碳石墨。

二、甲醇蒸气转化以及甲醇分解过程中的动力学分析

甲醇分解过程中受到压力和温度的影响

根据表一、表二主要是对动力模型计算中的压力以及温度对甲醇分解过程的影响进行了数据分析。根据表二的数据可以看出, 在温度保持不变的条件下, 压力与一氧化碳的含量成反比, 与H2/CH4以及CO2的含量成正比关系。即随着压力的不断增加, 甲醇分解过程中产生的一氧化碳的含量在逐渐减少, 而其他的三种物种的含量则有所增加。产生这种现象的主要原因是消耗一氧化碳的两个副反应的反应速率明显有所提高, 进而使氢气以及其它的两个副产物的含量有些许的增加。在甲醇分解过程中, 甲醇转化率随着压力的提高出现加大幅度的降低。比如, 在1.0MPa下过程的甲醇转化率为89.51%, 在2.0MPa则甲醇的转化率降低到82.938927%。根据表二的数据分析, 可以看出, 在压力以及进料量固定不变的条件下, 随着温度的不断提高, 氢气以及二氧化碳的实际含量在逐渐下降, 而一氧化碳的实际含量则有所增加, 但是增加的幅度不明显。由于在高温的条件下, 甲醇与水的反应的影响较低, 所以氢气以及二氧化碳的含量随着温度的不断提高而逐渐降低。而甲醇的转化率与温度是呈正比的。尤其需要注意, 虽然因为一些客观的原因, 在甲醇分解的实验中, 没有发现明显的结碳现象, 但是根据表格中的数据分析可以看出, 在甲醇的分解过程中确实存在少量的结碳, 同时, 结碳的含量是随着温度以及压力的不断增加而逐渐呈现不同程度的升高趋势的。总结语

综上所述, 站在热力学的角度, 甲醇分解以及甲醇蒸气转化的过程中会产生一些主要物种和其他的物种, 需要仔细地分析各个物种的影响。站在动力学分析的角度, 甲醇分解过程中受到压力和温度的影响。在研究甲醇分解以及甲醇蒸气转化过程的问题, 需要综合考虑各种影响因素。

2014年2月

摘要：加强对甲醇分解以及甲醇蒸气转化过程的研究具有十分重要的现实意义。目前, 各个国家都加大了对甲醇分解和甲醇蒸气转化过程中的相关问题的研究, 但是还是存在一些问题和矛盾。本文将主要围绕甲醇蒸气转化及甲醇分解过程展开论述。

关键词：甲醇分解,甲醇蒸气分解过程,热力分析,动力