膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程的模拟

摘要

丙烷脱氢是一个可逆强吸热反应,这制约了现有丙烷脱氢工艺过程的效率。本工作提出采用膜反应器耦合丙烷脱氢和氢燃烧过程,一方面产物氢气的移除可使丙烷脱氢反应正向移动,另一方面氢气燃烧放出大量的热可用于驱动丙烷脱氢反应。为此建立了二维非等温膜反应器数学模型,对膜反应器中丙烷脱氢和氢燃烧耦合过程进行了模拟,比较了膜反应器与普通固定床反应器的性能差异,并探究了压力和进料温度对膜反应器性能的影响规律。研究结果表明:相比于普通固定床反应器,膜反应器具有更高的丙烷转化率和丙烯收率;由于膜反应器能够打破丙烷脱氢反应平衡限制,其可以在较高的压力下操作;膜反应器中进料温度过低不利于提高丙烷转化率,过高则不利于提高丙烯收率,因而存在较优的进料温度。当反应压力为0.15MPa,进料温度为823K时,膜反应器出口丙烷转化率达99.0%,出口丙烯收率可达94.0%。本研究结果可为丙烷脱氢膜反应器的开发提供一个模型工具和一些理论指导。