甲醇制烯烴反應過程中SAPO-34催化劑積炭動力學研究

胡殿超

摘要：本文對甲醇制烯烴反應過程中SAPO-34分子篩催化劑積炭動力學問題進行研究與分析，首先對實驗過程以及實驗裝置配置情況進行簡要介紹，然后對實驗結果進行綜合討論，僅供參考。

關鍵詞：甲醇;烯烴;催化劑;積炭;動力學

1 實驗過程

整個有關甲醇制烯烴反應過程中SAPO-34催化劑積炭動力學的反應實驗在固定床反應裝置上進行，實驗裝置配置以及基本實驗流程如下圖（見圖1）所示。反應過程當中，基于人工智能溫控儀表實驗對預熱以及反應溫度的控制，常壓狀態(tài)下展開實驗操作。原料選取分析級甲醇，進料方式為雙柱塞泵，氮氣流量應用質量流量計進行控制。選取SAPO-34分子篩催化劑作為催化原料，經(jīng)壓片粉碎處理至20～40目，考慮到甲醇制烯烴反應過程具有強放熱性特點，故實驗期間選取石英砂稀釋催化劑床層，將稀釋質量比按照4～6進行控制，確保SAPO-34分子篩催化劑位于加熱爐恒溫區(qū)內(nèi)。整個實驗期間，反應溫度控制區(qū)間為350.0～550.0℃，甲醇質量空速控制區(qū)間為8.0～45.0h-1。

甲醇制烯烴反應過程中SAPO-34催化劑積炭產(chǎn)物應用HP 4890D氣象色譜分析儀進行分析，毛細管柱為0.32×50.0mm以及0.32×30.0mm，經(jīng)氫火焰離子檢測器、熱導檢測器以及色譜分析儀共同對SAPO-34分子篩催化劑積炭動力學問題進行研究，并對結果進行分析打印。在SAPO-34分子篩催化劑積炭動力學分析過程中所選用儀器設備為HIR-944C型紅外碳硫分析儀?？紤]到SAPO-34分子篩催化劑床層內(nèi)存在積炭分布，因此在后續(xù)研究中以積炭量對整個SAPO-34分子篩催化劑床層積炭量平均值進行定義。

2 結果討論

1）溫度因素。下圖（如圖2）所示，在甲醇質量空速為15.0h-1，催化劑質量空速為15.0h-1條件下，SAPO-34分子篩催化劑積碳量伴隨催化劑反應運行時間以及反應物溫度的變化規(guī)律如圖2所示。

結合圖2可見，在反應溫度特定的情況下，延長反應時間會導致SAPO-34分子篩催化劑積炭量在初期反應1.0～2.0mm時間內(nèi)呈現(xiàn)出非常顯著的增長趨勢，達到4.0%左右后開始進入平穩(wěn)增長狀態(tài)。因此認為：在反應時間特定的情況下，溫度升高意味著SAPO-34分子篩催化劑積炭量的增加，兩者呈現(xiàn)出正相關關系，這一研究結果與既往報道結果基本一致。在此基礎之上，有研究人員嘗試對反應時間、反應溫度調節(jié)變化狀態(tài)下SAPO-34分子篩催化劑的積炭量進行擬合處理，圖2實現(xiàn)反應了該模型的擬合線，與實驗值擬合效果良好，對擬合結果進行求導以及微分處理，可達到積炭速率的計算方程，如下式所示：

2）甲醇質量空速。在反應溫度為450.0℃的情況下，對甲醇空速相對于SAPO-34分子篩催化劑積炭量的影響進行評估與分析。通過對分析結果的研究，認為在SAPO-34分子篩催化劑停留時間保持穩(wěn)定的情況下，受催化劑裝量恒定的因素影響，增大甲醇空速會導致催化劑甲醇比呈現(xiàn)出一定程度上的下降趨勢，面向單位活性中心的反應物分子數(shù)量有一定增長，催化劑積炭量可呈現(xiàn)出對應的升高趨勢。并且，從模型擬合的角度上來說，在空速較低的情況下，整個模型所表現(xiàn)出的擬合效果良好，但在針對高空速后期數(shù)據(jù)點進行預測時仍然存在偏差。

同樣在反應溫度為450.0℃的狀態(tài)下，SAPO-34分子篩催化劑甲醇比CTM對SAPO-34分子篩催化劑積炭量的影響情況顯示：減小SAPO-34分子篩催化劑甲醇比會導致SAPO-34分子篩催化劑積炭量呈現(xiàn)出一定的增長趨勢，但這一變化與甲醇空速無直接相關性關系。換言之，在考察空速范圍內(nèi)，單位催化劑上甲醇的累積量與SAPO-34分子篩催化劑的積炭量呈現(xiàn)出一一對應的關系。

3 結束語

本文對甲醇制烯烴反應過程中SAPO-34分子篩催化劑積炭動力學問題進行研究與分析，認為從分子篩催化劑積炭生成機理的角度入手，所形成的SAPO-34分子篩催化劑積炭動力學模型能夠實現(xiàn)催化劑積炭量與一定催化劑停留時間內(nèi)反應過程中甲醇轉化量的關聯(lián)，整套模型形式簡單，能夠實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的擬合。

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