مدل‌سازی و شبیه‌سازی راکتورهای جریان شعاعی هیدروژن‌زدایی پروپان و بررسی اثرتشکیل کک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، ایران

2 گروه مهندسی کنترل، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه کاشان، ایران

3 مهندسی شیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

10.22078/pr.2022.4697.3109

چکیده

به دلیل تقاضای زیاد در صنایع پتروشیمی، در سال‌های اخیر، هیدروژن‌زدایی کاتالیستی از پارافین‌ها مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. مدل‌سازی و شبیه‌سازی راکتورهای جریان شعاعی هیدروژن‌زدایی پروپان در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است. این فرآیند در 4 راکتور آدیاباتیک جریان شعاعی با بستر متحرک انجام می‌گیرد و از گرم‌کن‌های میانی، جهت تأمین گرمای واکنش، و یک مبدل حرارتی خوراک استفاده می‌شود. معادلات جرم و انرژی به همراه معادلات سینتیکی واکنش‌ها همزمان حل شد و نتایج حاصل از شبیه‌سازی راکتورها در نرم‌افزار Polymath.v6 با میانگین خطای نسبی 2/7% تطابق خوبی با داده‌های صنعتی دارد. همچنین میزان انتخاب‌پذیری پروپیلن نسبت به پروپان در راکتور چهارم 53% بدست آمد.  با مدل‌سازی و شبیه‌سازی راکتورها  مشخص شد که به دلیل ایجاد کک روی کاتالیست‌ها و افت فعالیت کاتالیست‌ها در هر راکتور، به تدریج میزان تبدیل و افت دما در هر راکتور کاهش یافته و میزان تبدیل پروپان در راکتور اول61%، در راکتور دوم 15%، در راکتور سوم 11% و در راکتور چهارم 5% کاهش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Simulation of Propane Dehydrogenation Radial Flow Reactors and Investigating the Effect of Coke Formation

نویسندگان [English]

  • Amirhossein Oudi 1
  • Majid Hajatipour 2
  • Shiva Yarmohammadian 3
1 Chemical Engineering, University of kashan, Kashan, Iran
2 Electrical Engineering, University of kashan, Kashan, Iran
3 Chemical Engineering, University of Razi, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Due to the high demand in the petrochemical industry, catalytic dehydrogenation of paraffins has received much attention in recent years. Modeling and simulation of propane dehydrogenation radial flow reactors has been studied in this research. This process is performed in 4 moving bed radial flow reactors and intermediate heaters are used to supply reaction heat, and a feed heat exchanger. The mass and energy equations were solved simultaneously with the kinetic equations of the reactions, which of results of reactor simulations in Polymath V6 software with an mean relative error of 7.2% are in good agreement with industrial data. Also, the selectivity of propylene to propane in the fourth reactor was 53%. By modeling and simulating the reactors, it was found that due to the coking of the catalysts and the decrease in the activity of the catalysts in each reactor, the conversion and temperature drop in each reactor gradually decreased and the propane conversion rate in the first reactor was 61%, in the second reactor 15%. It decreases by 11% in the third reactor and 5% in the fourth reactor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • propane dehydrogenation
  • Modeling and simulation
  • Catalyst activity
  • Conversion
  • Radial flow reactors
[1]. Bhasin M M, McCain J H, Vora B V, Imai T, Pujado P R (2001) Dehydrogenation and oxydehydrogenation of paraffins to olefins, Applied Catalysis A: General, 221, 1-2: 397-419. ##
[2]. Vafajoo L, Khorasheh F, Nakhjavani M H, Fattahi M (2014) Kinetic parameters optimization and modeling of catalytic dehydrogenation of heavy paraffins to olefins, Petroleum science and Technology, 32, 7: 813-820. ##
[3] .Farsi M, Jahanmiri A, Rahimpour M R (2013) Optimal operating conditions of radial flow moving-bed reactors for isobutane dehydrogenation, Journal of Energy Chemistry, 22, 4: 633-638. ##
[4]. Farsi M (2015) Dynamic modelling, simulation and control of isobutane dehydrogenation in a commercial Oleflex process considering catalyst deactivation, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 57: 18-25. ##
[5]. Bijani P M, Sahebdelfar S (2008) Modeling of a radial-flow moving-bed reactor for dehydrogenation of isobutane, Kinetics and Catalysis, 49, 4: 599-605. ##
[6]. Hu Z P, Yang D, Wang Z, Yuan Z Y (2019) State-of-the-art catalysts for direct dehydrogenation of propane to propylene, Chinese Journal of Catalysis, 40, 9: 1233-1254. ##
[7]. Chin S Y, Hisyam A, Prasetiawan H (2016) Modeling and simulation study of an industrial radial moving bed reactor for propane dehydrogenation process, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 14, 1: 33-44. ##
[8] Miraboutalebi S M, Vafajoo L, Kazemeini M, Fattahi M (2015) Simulation of propane dehydrogenation to propylene in a radial‐flow reactor over Pt‐Sn/Al2O3 as the catalyst, Chemical Engineering and Technology, 38, 12: 2198-2206. ##
[9]. Farjoo A, Khorasheh F, Niknaddaf S, Soltani M (2011) Kinetic modeling of side reactions in propane dehydrogenation over Pt-Sn/γ-Al2O3 catalyst, Scientia Iranica, 18, 3: 458-464. ##
[10]. Darvishi A, Davand R, Khorasheh F, and Fattahi M (2016) Modeling-based optimization of a fixed-bed industrial reactor for oxidative dehydrogenation of propane, Chinese Journal of Chemical Engineering, 24, 5: 612-622. ##
[11]. Hu R, Li X, Sui Z, Ye G, Zhou X (2019) Process simulation and optimization of propane dehydrogenation combined with selective hydrogen combustion, Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 143: 107608. ##
[12]. Sheintuch M, Liron O, Ricca A, Palma V (2016) Propane dehydrogenation kinetics on supported Pt catalyst, Applied Catalysis A: General, 516: 17-29. ##
[13]. Lobera M P, Tellez C, Herguido J, Menéndez M (2008) Transient kinetic modelling of propane dehydrogenation over a Pt–Sn–K/Al2O3 catalyst, Applied Catalysis A: General, 349, 1-2: 156-164. ##
[14]. زارعی س، گنجی، سعدی ح، رشیدزاده م (1396) مدل‌سازی سینتیکی و بهینه‌سازی کوره واکنش واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه‌های گازی، پژوهش نفت، 27، 3-96: 213-204. ##