华东理工大学学报(自然科学版)JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.36No.22010204收稿日期:2009204201作者简介:胡浩(19842),男,河南许昌人,博士生,研究方向:催化反应工程。通讯联系人:房鼎业,E2mail:dyfang@ecust.edu.cn文章编号:100623080(2010)0220180207甲醇制烯烃(MTO)多段间接换热式绝热固定床反应器的数学模拟胡浩1,应卫勇1,2,房鼎业1,2(华东理工大学1.大型工业反应器工程教育部工程研究中心;2.化学工程联合国家重点实验室,上海200237)摘要:在建立了一维拟均相数学模型的基础上,对甲醇制烯烃(MTO)多段间接换热式绝热固定床反应器进行了数学模拟。以3@105t/a乙烯为产量指标,计算得到所需的催化床层体积和催化剂装填量,分析了各段绝热反应器内轴向温度和各组分浓度的分布情况,并对换热段进行了热量衡算。关键词:甲醇制烯烃(MTO);绝热固定床反应器;间接换热;数学模拟中图分类号:TQ032;TQ051.1+4文献标志码:AMathematicalSimulationonMulti2bedAdiabaticReactorwithIndirectHeatExchangeforMTOReactionHUHao1,YINGWei2yong1,2,FANGDing2ye1,2(1.EngineeringResearchCenterofLargeScaleReactorEngineeringandTechnology,MinistryofEducation;2.StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)Abstract:Basedontheone2dimensionalpseudo2homogenousmathematicalmodel,theadiabaticmulti2bedreactorwithindirectheatexchangeforMethanol2to2Olefin(MTO)reactionwassimulated.Targetforthe3@105t/aethyleneyield,thevolumeofthecatalyticbedandmassofthecatalystneededwerecalculated.Theprofileoftemperatureanddistributionofthereactioncomponentsinthereactorwasanalyzed,andtheheatbalanceintheindirectheatexchangesectionswascalculated.Keywords:methanol2to2olefin(MTO);multi2bedadiabaticreactor;indirectheatexchange;mathematicalsimulation作为基本有机化工原料,低碳烯烃尤其是乙烯和丙烯,在石化等工业中起着举足轻重的作用。甲醇制取低碳烯烃(Methanol2to2Olefin,MTO)是一条重要的制取低碳烯烃的非石油路线,自20世纪70年代中期被提出以来,得到了国内外学者的广泛关注和研究。MTO反应过程复杂,国内外学者对于其反应机理众说纷纭,至今仍无定论[1],但MTO的工业化早在20世纪80年代就已经开始。根据催化剂和反应器类型的不同,出现了一些与MTO反应器模拟及设计相关的报道[2]。美国UOP公司与挪威NorskHydro公司合作,采用UCC公司于1984年180开发成功的SAPO234分子筛催化剂[3],提出了流化床MTO工艺[2]。SAPO234催化剂优良的MTO催化性能,是该工艺的关键,但由于SAPO234催化剂具有特殊的微孔结构,随着MTO反应的进行,催化剂会迅速产生积炭,从而导致催化活性的急剧降低和大量副产物的产生[1]。采用循环流化床反应器可以较方便地进行MTO反应和催化剂再生的连续操作,但Froment等[4]、Bos等[5]认为,在MTO流化床反应器设计过程中,较大的设备投资成本、相对较低的甲醇转化率、严重的催化剂磨损和放大困难等问题必须加以考虑。Alwahabi等[6]认为,若采用循环流化床作为MTO反应器,需要使用过量的催化剂并采用较高的催化剂循环速率以保证较高的甲醇转化率,因此增加了投资费用。固定床反应器具有便于放大和操作方便等优点,并且可以通过采用反应器分段和多个反应器切换操作的方法解决反应放热和催化剂再生问题。采用固定床反应器作为MTO反应器具有一定的经济优势。本文以3@105t/a乙烯的MTO多段间接换热式绝热固定床反应器为背景,建立数学模型并进行求解,获得所需的反应器规模,并对反应器内部甲醇转化率、床层温度和烃类产物分布规律进行了模拟考察,旨在为MTO反应器的工业放大提供参考。1计算依据1.1物料衡算在SAPO234催化剂上,MTO反应产物中不仅包括二甲醚(DME)和水,还包括了除乙烯、丙烯、丁烯之外的低碳烷烃和少量C+5烃类。在MTO反应动力学及工业设计中,DME通常被作为MTO中的反应原料[729]。为合理简化MTO反应,本文将DME统一作为未转化的甲醇原料进行处理,副产物中的甲烷作为单一组分,...
