异型催化剂在烃类蒸汽转化过程中的动力学研究及应用

【摘要】：近年来,国内外烃类蒸汽转化催化剂异形化应用研究取得了很大进展。催化剂异形化主要是通过改变催化剂的外形结构,增加单位体积或单位质量的比表面,改变催化剂的孔容、孔径分布,影响到反应传热、传质过程,影响到催化剂的活性、选择性和稳定性,从而达到提高催化剂的使用效率,降低固定床反应器中的压降等效果。 常规外形转化催化剂的动力学,文献中己有比较完整的数据可供参考,但对异形蒸汽转化催化剂动力学数据的准确计算仍相当困难。目前异形催化剂的性能数据仍主要依靠实测,而带有普遍性和规律性的动力学的研究还很欠缺。建立的适用于异形转化催化剂的传质一传热藕合数学模型,得到的偏微分方程组复杂,要得到高精度的浓度和温度分布,许多算法计算难度大过程复杂、技巧性强。本文通过烃类蒸汽转化异形催化剂制备原理和在工业装置上的应用采集的数据,用有限元法求解,求解方法简单、快速、精确,异形转化催化剂平衡死区大、求解区域复杂等特殊性也没有给模型求解带来困难,建立的数学模型易于推广到各种复杂外形的转化催化剂上。为了检验数学模型,在磁力搅拌内循环无梯度反应器570-770℃,3.OMPa实验条件下,对六孔球面形和车轮形转化催化剂的本征动力学和宏观动力学进行了研究,建立了幂函数型的本征动力学方程。应用本模型对催化剂的宏观动力学实验点进行了计算,获得了浓度、温度等参数在催化剂内的分布,并进一步计算得到效率因子,计算值与实验值吻合较好,证明了模型是可靠的。 异型催化剂在烃类蒸汽转化过程的生产装置中得到了广泛的应用,降低了反应器中的阻力降,提高了空速,增大了气流的接触面积,使操作温度以及其它操作状况得到明显改善。与传统拉西环相比大大提升了催化剂的使用效率。使企业经济利益效益大幅度提高。