黏结剂对甲醇制烯烃中单颗粒催化剂内部反应过程的影响

O643.32%TB4; [目的]以甲醇制烯烃(methanol to olefins,MTO)为代表的非均相催化反应在现代化学工业中占据着重要的地位,研究MTO过程中单颗粒催化剂的反应、传质与传热过程,有助于系统理解催化反应机理、优化催化剂设计,实现工艺升级.[方法]建立单颗粒催化剂颗粒模型、反应动力学模型以及传质与传热模型;采用COMSOL Multiphysics 6.0 软件模拟MTO反应过程,分别由二氧化硅、氧化铝和高岭土作为黏结剂,建立3 种SAPO-34 分子筛催化剂颗粒模拟模型;分析3 种催化剂颗粒内甲醇扩散和温度传导过程,分析黏结剂对酸性位点、多甲基苯和多甲基萘的浓度分布的影响,将催化剂颗粒内部的传热、传质过程与化学反应进行耦合.[结果]甲醇分子向催化剂颗粒内部的扩散过程中,在t=100 s时甲醇浓度分布基本稳定,从颗粒边缘处向中部、核心处甲醇浓度依次减小;以二氧化硅为黏结剂的颗粒在中心处、边缘处的热力学温度分别为 656、627 K,颗粒内部的甲醇扩散速度最快;在MTO反应过程中,3 种颗粒内部的热力学温度均为由中心向边缘处递减;随着MTO反应时间的增加,3 种催化剂颗粒的酸性位点浓度平均值逐渐减小,多甲基苯、多甲基萘的浓度平均值逐渐增大;以二氧化硅为黏结剂的颗粒边缘处的的酸性位点浓度降幅最大,然后依次是颗粒的中部和核心处,颗粒内多甲基萘的分布更均匀.[结论]以二氧化硅为黏结剂的催化剂颗粒内部温度最高、温升最快,有效促进了MTO反应的进行,有利于颗粒内分子筛的充分利用和多甲基苯和多甲基萘的均匀分布.