乙炔加氢动力学研究及反应器模拟计算

摘要

在蒸汽裂解过程中会不可避免地产生一些炔烃和二烯烃产物,它们的存在对烯烃的后加工利用会产生不同程度的影响.工业上将炔烃和二烯烃选择加氢为其相应的单烯烃的过程非常有用,由于催化剂的不同,操作条件不同,炔烃含量的高低,选择加氢过程会有不同的烯烃增量.工业上普遍采用贵金属Pd催化剂,因为其具有优异的加氢选择性和反应活性.北京化工研究院是国内最早从事选择加氢领域研究的科研单位,开发出了用于碳二馏份选择加氢用的工业化催化剂BC-1-037、BC-H-20系列,催化剂广泛在国内石化装置上使用,效果良好.该文探讨了乙炔在催化剂上选择加氢过程的反应机理,并通过等温反应器微反装置研究了乙炔加氢反应过程,利用实验数据得出乙炔加氢反应的动力学方程.实验测得乙炔加氢反应对氢气呈指数1关系,而对乙炔则呈-0.5指数关系,测得的反应活化能为E<,a>47.7KJ/mol,利用动力学实验装置考查了各工艺参数对乙炔加氢反应的影响,实验得出微反装置上乙炔加氢反应规律和工业上一致.采用有限差分法对固定床反应器的拟均相二维模型进行了推导,通过物料衡算和热量衡算得出反应器各节点温度和转化率分布.为了减少计算量,对模型进行了简化.BC-H-20A催化剂为Pd、Ag双金属催化剂,两种元素在载体表面形成合金,Ag的加入改善了催化剂的选择性.在微反实验中乙炔加氢的选择性达到90％以上,而在工业反应器上初期乙炔加氢的选择性也能达到80％以上,这样通过微反实验数据可以很好地进行高倍数放大,而不会有较大误差.利用工厂乙炔转化器初始进料条件,通过实验得出的动力学方程和数学模型,对反应器出口温度和乙炔转化率进行了计算,结果和实际运行数据相差不大.通过BC-H-20A催化剂在工厂的运行数据的分析研究,认为该催化剂性能良好,催化剂选择性好、使用周期长.随着反应时间增加,加氢反应所发生的副反应增多,此时利用微反得出的动力学方程对反应结果的模拟计算会有很大误差.

目录

摘要

ABSTRACT

第一章引言

1.1乙炔含量对聚乙烯装置的影响

1.2乙炔选择加氢研究的发展概况

1.3从石油化学工业的发展看乙炔选择加氢研究的意义

1.4乙炔催化选择加氢发展方向

1.5国内外工业化乙炔选择加氢催化剂的研究及使用情况

第二章乙炔加氢反应机理及动力学研究

2.1乙炔加氢反应过程

2.2炔加氢反应动力学研究

2.3乙炔加氢反应机理

第三章催化剂的表征

3.1压汞法测定催化剂孔径分布

3.2色谱法测定催化剂比表面

3.3催化剂孔容测定

3.4催化剂活性组分测定

3.5X射线能谱分析结果

3.6扫描电镜分析结果

第四章动力学实验部分

4.1实验装置流程图

4.2反应器等温效果

4.3内扩散影响的排除

4.4外扩散影响

4.5分析方法

4.6动力学参数估计

本章小结

第五章反应器数学模型推导

5.1二维拟均相模型的推导

5.2对拟均相二维模型的简化处理

5.3利用简化的拟均相二维模型的计算步骤

本章小结

第六章催化剂评价实验

6.1温度变化对催化剂加氢性能影响

6.2尾气流量对反应性能影响

6.3压力对反应性能的影响

本章小节

第七章 工业反应器模拟计算

7.1工业装置碳二加氢系统流程

7.2工厂碳二加氢反应器结构图

7.3反应器各表征参数计算

7.4BC-H-20A催化剂初始运行情况

7.5模拟计算结果与实际结果对比

7.6BC-H-20A催化剂长周期运行分析

第八章结论

参考文献

致谢