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  采用Damkohler數(shù)(Da)、滲透數(shù)(0)和膜選擇性(cr)作為參數(shù)，以二氯丙烷轉(zhuǎn)化率、丙烯收率、氫氣產(chǎn)率、氫氣純度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)研究催化劑性能、膜性能、操作條件對(duì)二氯丙烷脫氫膜反應(yīng)器性能的影響。二氯丙烷轉(zhuǎn)化率因、丙烯收率(Yl),氫氣收率(Yz) ,氫氣純度(G)定義如下:二氯丙烷脫氫反應(yīng)在不同溫壓條件下的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示。從圖中可以看出，隨著溫度的升高和壓力的降低，PDH反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大。服道PDH反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率相比，本文在相同條件下計(jì)算的平衡轉(zhuǎn)化率與其報(bào)道值具有很好的一致性。從不同溫壓條件下的平衡轉(zhuǎn)化率變化趨勢(shì)可以看出，PDH反應(yīng)嚴(yán)重受到熱力學(xué)平衡的限制，即使常壓600℃的高溫條件下，二氯丙烷的轉(zhuǎn)化率也僅有48%。雖然進(jìn)一步升高溫度更利于二氯丙烷的轉(zhuǎn)化，但高溫條件下副反應(yīng)明顯增多，催化劑也容易積炭失活。因此，使用膜反應(yīng)器技術(shù)分離出產(chǎn)物氫氣來(lái)打破PDH反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制，從而提高低溫條件下的平衡轉(zhuǎn)化率具有重要意義。
    本文選擇報(bào)道的Pt-SYl/f120:催化二氯丙烷脫氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程及參數(shù)進(jìn)行模擬研究，動(dòng)力學(xué)方程和參數(shù)如表2所示。當(dāng)膜反應(yīng)器中C應(yīng)溫度為600 ℃，進(jìn)料側(cè)壓力100 kPa，透過(guò)側(cè)壓力5 kPa, Da數(shù)為50，滲透數(shù)為30,a場(chǎng)/馬垅一500,ac3h8/C3H6為努森擴(kuò)散選擇性時(shí)，膜反應(yīng)器中滲余鋇1和透過(guò)側(cè)的各氣體組分摩爾流率和氫氣分壓在膜反應(yīng)器中的軸向分布如圖3所示。在滲余側(cè)，由于二氯丙烷沿著軸向方向的轉(zhuǎn)化率逐漸增加，無(wú)量綱的二氯丙烷流率沿著軸向方向逐漸降低。丙烯和氫氣作為產(chǎn)物，沿著軸向方向其流率因此逐漸增加。由于膜能選擇性分離出氫氣，滲余側(cè)氫氣的流率在短暫的上升后會(huì)隨之下降，而丙烯分子較大，無(wú)法大量滲透通過(guò)膜層，因此其流率在一直增加。氫氣流率出現(xiàn)先增后降的變化趨勢(shì)，是因?yàn)闅錃獾纳�成速率和移除速率在反�?yīng)初期沿著軸向方向不斷變化所引起的。在靠近膜反應(yīng)器入口處，二氯丙烷脫氫生成的氫氣開(kāi)始慢慢累積，透過(guò)膜的滲透驅(qū)動(dòng)力還很小，導(dǎo)致氫氣移除速率小于其生成速率，滲余側(cè)氫氣流率不斷增大;隨著氫氣生成量的增加，其滲透驅(qū)動(dòng)力逐漸增大，移除速率逐漸加快，直至大于其生成速率，使?jié)B余側(cè)的大部分氫氣都被移走，氫氣流率逐漸下降。因此，滲余側(cè)氫氣流率的最大值是取決于氫氣的生成速率和移除速率的相對(duì)大小。在透過(guò)側(cè)，氫氣、二氯丙烷和丙烯的流率沿著軸向方向在不斷增加，其中氫氣的流率要遠(yuǎn)大于二氯丙烷和丙烯，主要是由于膜對(duì)氫氣的滲透具有高選擇性。滲余側(cè)的氫氣分壓沿著軸向方向先增加后逐漸降低，與滲余側(cè)氫氣流率的變化趨勢(shì)一致，取決于滲余側(cè)的氫氣生成速率和移除速率的相對(duì)大小。模擬計(jì)算得出，在該條件下最終膜反應(yīng)器出口處二氯丙烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到73%，同時(shí)，透過(guò)側(cè)的氫氣純度達(dá)到92%。與該溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率相比，二氯丙烷轉(zhuǎn)化率提升了52%，說(shuō)明透氫膜反應(yīng)器選擇性移除產(chǎn)物氫氣后，打破了PDH反應(yīng)的熱力學(xué)平衡的限制，促進(jìn)了二氯丙烷脫氫反應(yīng)的正向進(jìn)行，大幅提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。上述結(jié)果驗(yàn)證了膜反應(yīng)器可以對(duì)PDH反應(yīng)效率進(jìn)行高度強(qiáng)化。www.yunshisz.com