《用整體式結構化催化劑的反應/分離耦合強化》是依託北京化工大學，由雷志剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用整體式結構化催化劑的反應/分離耦合強化
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：雷志剛
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究第一類蜂窩塗層整體式和第二類開放錯流整體式結構化催化劑用於反應/分離（如反應/精餾、反應/萃取和反應/閃蒸）耦合強化的科學技術與基礎。以套用廣泛、具有高通量、高分離效率的BH金屬基規整填料作為分離介質，在此基礎上，研發出分別適用於受反應速率控制（如水與異丁烯合成叔丁醇）和傳質速率控制（如苯與烯烴烷基化）的反應/分離耦合過程的整體式結構化催化劑。研究整體式結構化催化劑的製備-結構（巨觀和微觀）-性能關係、傳遞和反應/分離耦合特性，並建立相應的平衡級和非平衡級數學模型。本課題的意義在於以廣泛用於汽車尾氣淨化的金屬基整體式結構化催化劑載體為原型，開發出具有我國自主智慧財產權的可適用於化學工業中一大類共性的反應/分離耦合過程的整體式結構化催化劑技術；同時將整體式結構化催化劑面向重要的目標體系進行研究，為大規模工業化提供基礎研究數據和可行性分析，有實際的套用意義。
結題摘要
整體式結構化催化劑與反應器具有壓降低、傳遞性能好、易於過程放大等優點，是近年來多相催化反應工程的研究前沿，也是重要的化工過程強化新技術。本項目研究第一類蜂窩整體式和第二類開放錯流整體式結構化催化劑用於反應/分離耦合強化的科學技術與基礎。對於開放錯流結構，首先以空氣-水物系作為工作介質，利用計算流體力學（CFD）和實驗相結合的方法，考察具有開放錯流結構的BH型整體式結構化催化劑的巨觀結構對流體力學和傳質性能的影響，並與傳統顆粒催化劑對比。在此基礎上，選取具有重要工業套用背景的水與碳四（含異丁烯）合成叔丁醇模型體系，提出用固定床反應器+催化精餾（裝填整體式結構化催化劑）組合替代原有的用散裝固體催化劑顆粒的固定床反應技術。與原技術相比，異丁烯轉化率提高12.8%，工藝系統的單位產品總再沸器負荷降低了4.72%。利用非線性動力學分析中的延拓方法，發現反應/分離耦合塔中多重定態，其工程意義是指導裝置的開停車操作，使過程沿著有利於節能減排的方向進行。 對蜂窩整體式結構，選取苯與丙烯烷基化合成異丙苯作為目標體系，已解決的關鍵科學問題是：①.建立了三維（3D）的CFD數學模型，認識整體式結構化催化劑的巨觀結構與流體力學和傳質性能之間的關係。②.在泡點反應器中合成異丙苯的最佳反應條件。③.優選結構化催化劑類型。三種不同類型催化劑與泡點反應器耦合時，在相同的操作條件下，能耗大小順序是：蜂窩整體式結構＜開放錯流整結構＜顆粒催化劑。在工程化方面，2008年開發的BH型整體式結構化催化劑技術已在北京燕山石化化學品事業部2000噸/年苯與丙烯烷基化合成異丙苯泡點反應器（反應/閃蒸耦合）中試裝置上成功運轉2年多，工藝系統的總冷凝器和總再沸器負荷分別降低19.4%和23.6%。2012年4月BH型整體式結構化催化劑技術在1萬噸/年生產裝置上實現商業化運轉。本項目面向重要的目標體系，確定了可行操作域及最優的結構參數和操作參數，為這類高效反應器的大規模工業化提供基礎研究數據和可行性分析。在國際期刊（SCI）上發表論文15篇；封面論文2篇；授權發明專利3項；出版中英文專著各1部；舉辦第四屆結構化催化劑與反應器國際會議（ICOSCAR4）；客座編輯Catalysis Today特刊；在國際會議上做了1次Plenary Lecture 和1次Keynote Lecture；獲2項省部級獎勵。
