17744

17744

هيدروپن زدايي اكسايشي پروپان جهت توليد پروپن در يك راكتور بستر سيال

دكتري تخصصي

مهندسي شيمي

ارديبهشت 1396

دكتر سيد مهدي علوي

مهندسي شيمي

مطالعه ODH پروپان بر روي كاتاليست واناديا بر پايه آلومينا در محدوده¬ي دمايي 340 تا °C630 و نسبت پروپان به اكسيژن 1/3 تا 3/1 با تغيير محتواي جزء فعال (7/2، 4/5، و 9 درصد وزني) در يك سيستم راكتور بستر ثابت انجام شد. افزايش محتواي واناديا ميزان فعاليت كاتاليست را افزايش مي¬دهد در حالي كه انتخاب¬پذيري به پروپيلن را به طور يكنواخت كاهش مي-دهد. با افزايش دما از 340 به °C630، ميزان تبديل به پروپيلن در تمام نمونه¬هاي كاتاليستي رفتار صعودي نشان مي دهد. الگوي تغييرات بازده پروپيلن با تغيير نسبت پروپان به اكسيژن از 1/3 به 3/1 داراي يك نقطه بيشينه است و حداكثر بازده پروپيلن بر روي كاتاليست 7/2 درصد وزني در دماي °C550 به ميزان 18% ثبت شد. با استفاده از مدل Mars van-Kerevelen و الگوريتم ژنتيك به عنوان موتور حل، پارامترهاي سينتيكي تعيين و مشخص شد كه پارامترهاي سينتيكي در دماهاي پايين و بالا متفاوت است در دماهاي پايين مرحله كاهشي هيدروژن¬زدايي اكسايشي پروپان مرحله غالب شبكه واكنش است در حالي كه در دماي بالا واكنش اكسايشي سطح كاتاليست مرحله تعيين كننده شبكه واكنش¬ها است. بهترين كاتاليست مورد مطالعه (7/2 درصد وزني) در يك راكتور بستر سيال با نسبت مولي برابر پروپان به اكسيژن، دماهاي متفاوت از 480 به °C550، وGHSV هاي مختلف (48000، 60000، و cc/gr.hr 78000) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي-دهد كه در يك دماي ثابت ميزان تبديل پروپان به¬دست آمده در راكتورهاي بستر ثابت بالاتر است. اما از نظر انتخاب¬پذيري، راكتور بستر سيال نسبت به راكتور بستر ثابت بطور قابل توجهي بالاتر است كه منجر به بازده بيشتر پروپيلن در راكتورهاي بستر سيال شده است. مدل ديناميك سيالات محاسباتي با دقت مناسبي قادر به تخمين حداقل سرعت سياليت است. بر اساس مدل گرانولار توسعه يافته، حداقل سرعت سياليت مطالعه و با مقدار تجربي به دست آمده مقايسه شد. مطالعه پديده¬هاي انتقال حرارت دوبعدي نشان مي-دهد كه در كمتر از 10 ثانيه شرايط همدمايي در داخل بستر شكل مي¬گيرد. اين زمان در مدل سه بعدي حتي كمتر هم مي¬شود. نتايج مدل¬سازي واكنش در طول راكتور تطابق خوبي در پيش¬بيني مقادير درصد تبديل و انتخاب¬پذيري با مقادير تجربي دارد.

1396/06/13

1/1/1900 12:00:00 AM

A through study of propane ODH was carried out in a broad temperature range (340 to 630°C) and propane to oxygen ratio (3/1 to 1/3) over alumina-supported vanadia with varying active species content of 2.7, 5.4, and 9 wt% at a fixed bed reactor system. Results indicate that by increasing the vanadia content the activity of catalyst increases while selectivity to propene decreases monotonically. As the temperature increases from 340°C to 630°C, yield to propene shows ascending behavior in case of all catalyst samples. Yield to propene shows a climax with changing propane to oxygen ratio from 3/1 to 1/3. A maximum propene yield of 18% was experienced on catalyst with 2.7wt% vanadia at temperatures at 550°C. Sequential model of Mars van-Kerevelen mechanism was used as base model to assess kinetic parameters exploiting genetic algorithm as solver engine. Results indicate that kinetic parameters at low and high temperatures differ and temperature has a bold effect on the reaction kinetics as at low temperatures reducing oxydehydrogenation of propane dominates reaction network while at high temperature oxidizing oxygen compensation reaction is the dominant reaction of network. So surface lattice oxygen replenishes rapidly and produced propylene further gets oxidized to combustion products (CO/CO2) and the selectivity drops down. The best performed catalyst with vanadia loading of 2.7% was examined in fluidized bed reactor at equimolar atmosphere of propane to oxygen in the varying temperature of 480 to 550°C and GHSV of 48000, 60000, and 78000 cc/gr.hr. The results indicated that at constant temperature propane conversion obtained in the fixed bed reactor was higher. But fluidized bed is superior to fixed bed reactor in terms of propylene selectivity leading to considerably higher propylene yields over the fixed bed. Granular two phase moldel predicts the minimum fluidization velocity with good accuracy in comparison with experimental resultas. Heat transfer results show that thermal homogenity can be reached whithin 10 seconds. The reaction model matches experimental data with enough accuracy predicting propane conversion and propene selectivity through the bed.