甲醇制烯烃流化床反应器的模拟与分析

论文摘要

甲醇制烯烃（MTO）是一个重要的煤化工过程,本文针对新型MTO动力学及MTO湍动流化床反应器的模型化展开详细研究。本文首先结合公开的MTO过程的反应机理及反应网络模型的最新进展,基于“碳池”平行反应及催化剂失活机理,建立了SAPO-34催化剂上的六集总MTO反应动力学模型,并针对所获得的MTO流化床小试实验数据,考虑过程中诱导期、均匀失活期、快速失活期等阶段不同的反应特性,并分析了积碳、水、相间传质等因素对过程的影响,分段进行了模型参数拟合和回归。模型计算值与实验值基本吻合。进一步的,本文建立了MTO过程的湍动流化床反应器模型。其中包括针对催化剂积碳失活与停留时间的关系以及对MeOH转化率、产物选择性的影响,结合停留时间分布,建立得到的催化剂颗粒模型；以及结合流化床反应器的相关流动特性,耦合反应、传质等过程,建立得到了流化床二相二区模型。为了考评模型的有效性,利用公开发表的MTO循环流化床中试数据,对反应器模型进行了检验,模拟结果与中试数据符合良好,表明模型具有较强的预测能力。最后,利用模型对过程中相间传质、积碳及停留时间、表观气速及气体返混、进料水醇比等重要因素对反应物转化率、产物组成的影响进行了分析和讨论。并对比了单级与两级串联反应器,得到多级反应器并不能有效改善MTO过程的结论。为工业MTO过程反应器的设计和优化提供建议。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号说明
• 1 引言
• 1.1 甲醇制烯烃技术概述
• 1.2 流化床反应器及其模型化
• 1.3 本文的研究内容
• 2 文献综述
• 2.1 甲醇制烯烃反应动力学
• 2.1.1 催化剂研究概述
• 2.1.2 甲醇制烯烃反应机理
• 2.1.3 甲醇制烯烃动力学模型
• 2.2 流化床反应器的流动与传递规律
• 2.2.1 流化床流区与颗粒分类
• 2.2.2 气泡理论
• 2.2.3 相间传质与返混
• 2.3 流化床反应器数学模型
• 3 甲醇制烯烃反应动力学模型
• 3.1 MTO反应网络
• 3.2 反应动力学模型及参数拟合
• 3.2.1 模型参数回归
• 3.2.2 模型计算值与实验值比较
• 3.3 积碳生成模型
• 4 甲醇制烯烃流化床反应器模型
• 4.1 催化剂颗粒模型
• 4.2 流化床反应器模型
• 4.3 流化床参数估算
• 4.3.1 流态化理论
• 4.3.2 返混与传质参数
• 4.4 模型求解与算例
• 5 甲醇制烯烃反应器影响因素及操作方式分析
• 5.1 相间传质的影响
• 5.2 积碳及催化剂停留时间的影响
• 5.3 表观气速及气体返混的影响
• 5.4 进料水醇比的影响
• 5.5 多级反应器操作方式的影响
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介