Анализ и моделирование гетерогенно-каталитического процесса очистки этилена в этан-этиленовой фракции пирогаза

• Автор: Мозгунов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР - 7 -
1.1. Исследования адсорбционных процессов - 8 -
1.2. Кинетика адсорбции
1.2. Диффузия
1.3. Физические модели зерна катализатора основанные на морфологии поровой структуры
1.4. Построение моделей кинетики химической реакции
1.5. Анализ процессов на зерне катализатора
1.6. Модели гетерогенно-каталитических реакторов
1.6.1. Квазигомогенные (однофазные) модели
1.6.2. Гетерогенные (многофазные) модели
1.7. Процесс очистки этан-этиленовой фракции от ацетилена
2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ И КИНЕТИКИ АДСОРБЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ И АДСОРБЕНТОВ
2.1 Экспериментальное оборудование
2.1.1. Проточно-циркуляционный реактор
2.1.2. Проточный реактор
2.2. Анализ адсорбционных процессов
2.3. Экспериментальные исследования

3. ПОСТРОЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕАКЦИИ ГИДРИРОВАНИЯ АЦЕТИЛЕНА И ЭТИЛЕНА - 79 -
3.1 Построение кинетической модели гидрирования ацетилена
3.2. Исследование механизма и кинетики реакции гидрирования этилена и ацетилена в этан-этиленовой фракции пирогаза
3.2.1 Реакция гидрирования этилена
3.2.2. Гидрирование ацетилена в присутствии этилена
3.3. Проверка адекватности математических моделей
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА
4.1. Расчет физико-химических свойств реакционной смеси
5. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОМЫШЛЕННОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Процесс производства этилена один из крупнотоннажных и динамично развивающихся в нефтехимической промышленности [1-7]. В Российской Федерации производится -1,15 млн. т., при этом ежегодное увеличение спроса в среднем составляет 5%, а рост производства 4% [8-9].
Основным потребителем этилена являются производства полиэтилена, стирола, окиси этилена и других олигомеров этилена. Производители перечисленных выше продуктов предъявляют высокие требования к степени очистки этилена, в частности от ацетиленовых углеводородов, концентрация которых не должна превышать lppm.
В качестве основного способа очистки в промышленности используется каталитическая, в ходе которой ацетилен селективно гидрируется в этилен и этан в среде этан-этиленовой фракции пирогаза, в секционированных адиабатических реакторах со стационарным слоем катализатора [10-11]. При этом потери этилена составляют 0,5-0,8%масс., реже 1-1,5%масс., что при мощности отдельных промышленных установок 300-600 тыс. т. в год оказывается существенным.
Основываясь на выше изложенном, наиболее перспективным представляется замена катализаторов на более селективные и производительные, и разработка новых энерго- и ресурсосберегающих процессов.
Первостепенное значение в решении этой задачи отводится научным исследованиям направленным на изучение сложных физико-химических явлений сопровождающих каталитический процесс.
Несмотря на большое количество научно-исследовательских и опытно-промышленных работ, как в Российской Федерации, так и за ее пределами, посвященных изучению рассматриваемого каталитического процесса, до сих пор остается до конца невыясненным вопрос, о механизме протекания реакции гидрирования ацетиленовых и олефиновых

Следовательно, одним из наиболее перспективных способов исследования физических свойств катализаторов и адсорбентов может быть признан экспрессный импульсно-хроматографический метод [193-199, 227-229], который обладает несомненным достоинством
экспрессностью при проведении эксперимента, что позволяет исследовать катализатор за короткий промежуток времени в широком диапазоне изменения объемных скоростей потока, концентраций реактантов, давлений и температур в реакционной системе и получить численные значения констант: скорости адсорбции и адсорбционно-десорбционного равновесия, эффективного коэффициента диффузии и массоотдачи.
2.1. Практические методы оценивания параметров моделей.
Подавляющее большинство математических моделей реакторов представляют собой системы дифференциальных уравнений в частных производных нелинейные по параметрам, для интегрирования которых обычно требуются специфические алгоритмы и значительные затраты машинного времени. Последнее не позволяет проводить оценку параметров моделей и корректировку оптимального плана эксперимента в реальном времени.
С целью устранения этого недостатка для нелинейных моделей иногда удается произвести преобразования, позволяющие их линеаризовать по параметрам. Таким образом, применение к последним методов линейного регрессионного анализа, позволяет производить оценку параметров без существенных затрат машинного времени. Однако стоит отметить, что применение подобных преобразований влечет за собой значительное смещение оценок.
Процессы в аппаратах с распределенными параметрами, в которых отсутствуют источники образования и расходования вещества, или сопровождающиеся адсорбцией при малых заполнениях поверхности или