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烃类蒸汽裂解产物中的C3馏分含有质量分数为4%左右的丙炔、丙二烯(MAPD),丙烯加工利用前要把MAPD脱除至15μg/g以下。催化蒸馏是将催化反应与蒸馏分离两个工艺过程融合为一体的新化工单元过程,催化蒸馏工艺与传统的固定床工艺相比,具有流程简单、物耗与能耗低、催化剂寿命长、投资低等优点。本文进行了蒸汽裂解C3馏分催化蒸馏选择加氢过程研究,所完成的主要工作包括:
分别采用挤出成型法、压缩成型法制备出可以散装在催化蒸馏塔中的填料状催化剂载体和可以装填在一定包装结构中的条状或柱状催化剂载体;通过在载体中加入少量的助剂,改变了载体的性质,有利于提高催化剂的反应性能,降低载体的酸性,减少齐聚反应的量,延长催化剂的使用周期。评价结果表明,所制备催化剂的性能略优于目前工业上普遍使用的对比催化剂。
在等温活塞流积分反应器中,进行了蒸汽裂解C3馏分液相催化选择加氢的动力学研究。考察了反应温度、空速、氢炔摩尔比等对MAPD转化率和丙烯选择性的影响:根据试验数据回归了宏观动力学方程式。
利用工业实际原料证明采用催化蒸馏选择加氢工艺替代固定床工艺进行C3馏分的选择加氢是可行的:考察了压力(温度)、空速、回流比、氢炔摩尔比等工艺参数对反应结果的影响;长周期运转试验结果表明,催化蒸馏选择加氢工艺可以延长催化剂的再生周期;考察了填料型催化剂散装结构、筛板与填料状催化剂复合结构、规整填料与催化剂交错排列结构的催化蒸馏选择加氢效果,讨论了不同装填结构的优缺点。
通过冷模试验,考察了气、液流速等对压降、持液量、液固传质系数的影响;通过对数据的分析,对催化蒸馏塔内的流体流动与传递过程有了更进一步的认识。
采用平衡级模型,建立了C3馏分催化蒸馏选择加氢过程的数学模型以及利用二阶R—K算法进行求解计算的方法:通过规整填料与催化剂交错排列结构实验结果与模拟计算结果的对比,对所建立的数学模型进行了验证,采用在动力学方程中引入效率因子的方法修正了传质过程对反应结果的影响。
计算并讨论了回流比、塔顶压力或温度、氢炔摩尔比、空速等操作参数以及催化蒸馏段的位置、蒸馏区理论板数等对催化蒸馏选择加氢过程的影响:根据实验结果和计算结果推荐了工业侧线C3馏分选择加氢催化蒸馏塔的结构参数与操作参数。