乙苯催化脱氢固定床反应器研究
刘婷（西北大学现代学院，陕西西安710130）
摘要：国内外采用列管式固定床反应器进行乙苯脱氢反应制茅乙烯已有多年历史。本文研究了在一管式催化反应器中进行乙茅的维化脱氢反应，实验所用原料为乙茅和水蒸气的气体混合物，运用计算机动态模拟乙苯脱氢反应器的二维拟均相稳态模型，借以对反应器的径向、轴向温度和转化率分布进行了计算分析，确定不同反应转化率时反应管管长。模拟计算结果表明，乙苯的平均转化率随着反应管管长的增加而增大，且随着转化率的增加，反应管增加的程度越明显。反应管中心处的转化率小于管壁处的转化率，并且越到出口处，转化率越高。
关键词：乙苯脱氢；苯乙烯；Matlab；动态模拟
苯乙烯是重要的有机化工原料，广泛用于生产塑料、树脂和合成橡胶，苯乙烯系列树脂的产量在合成树脂中仅次于PE、 PVC而名列第三。此外，苯乙烯还可用于制药、农药、染料以及选矿等行业，用途十分广泛叫。目前，世界范围内苯乙烯的生产方法主要包括：乙苯脱氢制苯乙烯"，乙苯共氧化法，选择氧化脱氢工艺等生产技术。其中，乙苯脱氢是目前国内外生产茉乙烯的主要方法，世界上约有90%的苯乙烯通过该方法进行生产。
乙苯脱氨制苯乙烯传统的工业生产方法有绝热脱氢工艺和等温脱氢工艺，即分别采用绝热轴向反应器和等温列管式反应器，随着装置高效化和大型化的要求，负压脱氢工艺开发成功，反应器采用低阻力径向反应器，基本上为所有新建装置所采用。20世纪90年代我国开发了独特的轴径向反应器，首次应用于苯乙烯工业，形成了自主的负压脱氢制苯乙烯技术。
国内外采用列管式固定床反应器进行乙苯脱氢反应制苯乙烯已有多年历史。一般，对于反应管直径较粗或反应热效应较大的反应，由于反应管径向存在明显的温差与浓度差，为使计算结果更为可靠，应使用二维拟均相稳态模型进行计算，截至到目前，国内虽有文献介绍了二维拟均相稳态模型，但与实际应用相结合的研究还较少。本文研究了在一管式催化反应器中进行乙苯的催化脱氢反应，运用计算机动态模拟乙苯脱氢反应器的二维拟均相稳态模型，借以对反应器的径向、轴向温度和转化率分布进行了计算分析，确定不同反应转化率时反应
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z (m)
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图1反应管径向温度分布
万方数据
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管管长。
专业管理
实验所用原料为乙苯和水蒸气的气体混合物，实验条件如下：反应管的内径2a=10cm，乙苯和水蒸气在600℃下分别以 0.069kmol-h和0.69kmol-h的加料速率进入反应器，相当于总质量速率为G=2500kg·h-·m-。反应器管外用速率为F= 130kg·h-的烟道气与反应混合物逆流加热反应管，烟道气出口温度为620℃。其他数据为：催化剂的堆积密度p=1440kg/ m3，操作压力p=12bar，乙茉的反应热H=140000kJ·mol-，床层有效导热系数入=0.45W·m".K，有效扩散系数与气流线速度之比D./u=0.000427m，反应混合物比热容c.=2.18kJ-kg K-"，烟道气比热容C,=1.0kJ-kg-1·K-
1乙苯催化脱氢氨制苯乙烯反应模拟过程 1.1反应网络简化
乙苯脱氢反应是增分子吸热反应，其主反应和副反应分别为：
主反应：C6H5C2H5→+C6H5C2H3+H2
副反应；C6H5C2H5+H2→C6H5CH3+CH4
C6H5C2H3+H2→C6H6+C2H4 C6H5C2H3+2H2→C6H5CH3+CH4
对于复杂的反应网络，由于模型参数比较多，在利用计算机求取各模型参数时，通常会出现多解的情况，因此对反应网
络进行简化是必要的，本研究中不考虑过程副反应。 1.2反应动力学
本文对乙苯脱氢反应过程进行研究的基础上，采用了Carra 双曲模型作为动力学模型。运用一维拟均相活塞流反应器模型，结合动力学方程、传热方程、传质方程对反应器内发生的过程建立数学模型，进行模拟计算，得出床层中各组分温度分布和浓度分布，并对模型进行考核。研究在负压的条件下乙苯脱氢水烃比、压力和反应温度对乙苯脱氢反应选择性和转化率的影响，得出合理可行的操作条件。
re=K(PE-PSPH
动力学方程：
K
(1)
式中，PE，PS和PH分别是苯乙烯和氢气的分压(bar),rc 的单位为kmol/(bkg催化剂)。
0.5 0.45 04 0.35 03* 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05
01
02
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05 z m
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图2平均转化率沿管长的分布
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2016年12月化置纪55