采用Damkohler數(Da)、滲透數(0)和膜選擇性(cr)作為參數，以二氯丙烷轉化率、丙烯收率、氫氣產率、氫氣純度作為評價指標研究催化劑性能、膜性能、操作條件對二氯丙烷脫氫膜反應器性能的影響。二氯丙烷轉化率因、丙烯收率(Yl),氫氣收率(Yz) ,氫氣純度(G)定義如下:二氯丙烷脫氫反應在不同溫壓條件下的平衡轉化率如圖2所示。從圖中可以看出，隨著溫度的升高和壓力的降低，PDH反應的平衡轉化率逐漸增大。服道PDH反應的平衡轉化率相比，本文在相同條件下計算的平衡轉化率與其報道值具有很好的一致性。從不同溫壓條件下的平衡轉化率變化趨勢可以看出，PDH反應嚴重受到熱力學平衡的限制，即使常壓600℃的高溫條件下，二氯丙烷的轉化率也僅有48%。雖然進一步升高溫度更利于二氯丙烷的轉化，但高溫條件下副反應明顯增多，催化劑也容易積炭失活。因此，使用膜反應器技術分離出產物氫氣來打破PDH反應的熱力學平衡限制，從而提高低溫條件下的平衡轉化率具有重要意義。
    本文選擇報道的Pt-SYl/f120:催化二氯丙烷脫氫反應的動力學方程及參數進行模擬研究，動力學方程和參數如表2所示。當膜反應器中C應溫度為600 ℃，進料側壓力100 kPa，透過側壓力5 kPa, Da數為50，滲透數為30,a場/馬垅一500,ac3h8/C3H6為努森擴散選擇性時，膜反應器中滲余鋇1和透過側的各氣體組分摩爾流率和氫氣分壓在膜反應器中的軸向分布如圖3所示。在滲余側，由于二氯丙烷沿著軸向方向的轉化率逐漸增加，無量綱的二氯丙烷流率沿著軸向方向逐漸降低。丙烯和氫氣作為產物，沿著軸向方向其流率因此逐漸增加。由于膜能選擇性分離出氫氣，滲余側氫氣的流率在短暫的上升后會隨之下降，而丙烯分子較大，無法大量滲透通過膜層，因此其流率在一直增加。氫氣流率出現先增后降的變化趨勢，是因為氫氣的生成速率和移除速率在反應初期沿著軸向方向不斷變化所引起的。在靠近膜反應器入口處，二氯丙烷脫氫生成的氫氣開始慢慢累積，透過膜的滲透驅動力還很小，導致氫氣移除速率小于其生成速率，滲余側氫氣流率不斷增大;隨著氫氣生成量的增加，其滲透驅動力逐漸增大，移除速率逐漸加快，直至大于其生成速率，使滲余側的大部分氫氣都被移走，氫氣流率逐漸下降。因此，滲余側氫氣流率的最大值是取決于氫氣的生成速率和移除速率的相對大小。在透過側，氫氣、二氯丙烷和丙烯的流率沿著軸向方向在不斷增加，其中氫氣的流率要遠大于二氯丙烷和丙烯，主要是由于膜對氫氣的滲透具有高選擇性。滲余側的氫氣分壓沿著軸向方向先增加后逐漸降低，與滲余側氫氣流率的變化趨勢一致，取決于滲余側的氫氣生成速率和移除速率的相對大小。模擬計算得出，在該條件下最終膜反應器出口處二氯丙烷轉化率達到73%，同時，透過側的氫氣純度達到92%。與該溫度下的平衡轉化率相比，二氯丙烷轉化率提升了52%，說明透氫膜反應器選擇性移除產物氫氣后，打破了PDH反應的熱力學平衡的限制，促進了二氯丙烷脫氫反應的正向進行，大幅提高了反應的轉化率。上述結果驗證了膜反應器可以對PDH反應效率進行高度強化。www.chnlcjt.com