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加氢催化剂预硫化动力学研究

作　者: 张健伟
导　师: 董群
学　校: 大庆石油学院
专　业: 化学工艺
关键词: 动力学预硫化加氢催化剂固定床穿透法未反应缩核模型固体粒子扩散
分类号: O643.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

利用固定床穿透法研究了加氢催化剂器外干法预硫化的本征动力学和宏观动力学。用热导池检测和化学滴定法分别测定不同反应条件下固定床出口硫化氢浓度。对催化剂颗粒采用未反应缩核模型,并在床层内对硫化氢进行物料衡算,建立了本征动力学和宏观动力学的数学模型。利用稳定性良好的Crank-Nicholson差分方法推导出固定床出口硫化氢浓度的计算表达式。采用最小二乘法和单纯形法,通过计算机编程对模型参数进行了求解和优化,检验了模型的显著性。并讨论了温度、硫化时间、硫化氢浓度、催化剂粒径等因素对反应速率的影响。本征动力学研究表明,加氢催化剂预硫化反应为非稳态过程,反应速率随时间变化;反应活化能较高;反应是一级反应;可以用未反应收缩核模型描述加氢催化剂单颗粒的预硫化过程;模型的显著性良好。在常见幂函数形式的速率方程中引入修正系数f0体现了固体扩散对反应的影响,说明减小催化剂粒径,只能排除孔扩散的影响,并不能排除固体扩散对反应的影响。宏观动力学研究表明,气体在灰层内的有效扩散系数De与温度成指数关系,随温度的增加而增加;该值的数量级在10-17～10-25范围内,说明气体在灰层内的扩散阻力很大;所建立的宏观动力学模型显著性良好。温度对预硫化反应速率的影响较为显著;在较低的硫化氢浓度和较小的催化剂粒径范围内,预硫化宏观反应速率几乎不受二者的影响。将本征动力学和宏观动力学的研究结果相比较发现,预硫化反应的反应活化能小于气体在灰层内的扩散活化能。

全文目录

第一章绪论  7-13
  1.1 加氢催化剂预硫化动力学研究的意义  7
  1.2 加氢催化剂预硫化动力学研究进展  7-8
  1.3 加氢催化剂预硫化反应动力学特点  8
  1.4 气固非催化反应动力学模型  8-12
  1.5 本文研究的内容  12-13
第二章实验  13-17
  2.1 动力学实验  13-15
    2.1.1 催化剂  13
    2.1.2 预实验  13
    2.1.3 本征动力学实验  13-14
    2.1.4 宏观动力学实验  14-15
  2.2 分析方法  15-16
    2.2.1 混合气中硫化氢浓度的分析  15
    2.2.2 催化剂颗粒密度及床层空隙率的测定  15-16
  2.3 计算方法  16-17
第三章实验结果与讨论  17-24
  3.1 预实验  17-19
    3.1.1 外扩散排除  17-18
    3.1.2 内扩散排除  18-19
  3.2 本征动力学  19-21
    3.2.1 温度的影响  20-21
    3.2.2 入口硫化氢浓度的影响  21
  3.3 宏观动力学  21-24
    3.3.1 温度的影响  21-22
    3.3.2 催化剂粒度的影响  22
    3.3.3 入口硫化氢浓度的影响  22-24
第四章本征动力学模型  24-31
  4.1 模型的建立及求解  24-27
  4.2 模型显著性检验  27-28
  4.3 模型讨论  28-31
    4.3.1 活化能  28-29
    4.3.2 反应级数n  29
    4.3.3 温度对f_0值的影响  29-30
    4.3.4 时间对f_0值的影响  30-31
第五章宏观动力学模型  31-39
  5.1 模型的建立  31-32
  5.2 模型的求解  32-35
  5.3 模型显著性检验  35-37
  5.4 模型讨论  37-39
    5.4.1 温度对De 的影响  37
    5.4.2 硫化氢浓度对De 的影响  37-38
    5.4.3 粒径对De 的影响  38
    5.4.4 反应活化能与扩散活化能的比较  38-39
结论  39-40
致谢  40-41
符号说明  41-42
附录A 本征动力学实验结果  42-48
附录B 宏观动力学实验结果  48-53
附录C 本征动力学模型计算框图  53-56
附录D 宏观动力学模型计算框图  56-59
参考文献  59-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-63
中文详细摘要  63-72

加氢催化剂预硫化动力学研究

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