Industrial hydrogenation unit - hydrodynamics and performance

Abstract

Työn kirjallisuusosassa tarkastellaan, kuinka hydrodynaamiset parametrit vaikuttavat triklekerrosreaktorin toimintaan huomioiden nestefaasihydrausreaktion erityispiirteet. Lisäksi tarkastellaan reaktoreiden scale-up:in suurimpia ongelmia, nestefaasihydrauksen kinetiikkaa sekä esimerkkireaktiona iso-okteenin hydrausta.

Työn sovellettu osa koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa testattiin FLOWBAT -simulointiohjelman soveltuvuutta teollisuusmittakaavan triklekerrosreaktorin simulointiin. Testausta varten kerättiin mittausdataa kuudelta eri aikaväliltä teollisuusmittakaavan iso-okteenin hydrausreaktorista. Simuloinnin yhteydessä törmättiin erinäisiin vaikeuksiin, joista suurimpia olivat teollisuusreaktoria vastaavan lämpötilaprofiilin saavuttaminen vastaavalla konversiolla sekä mahdollisen nesteen kanavoitumisen huomioiminen simuloinnissa. Näistä ensimmäinen ongelma ratkaistiin käyttämällä päivitettyä muodostumisentalpioiden laskentametodia. Jälkimmäisen ongelman huomioimisessa käytettiin hyväksi katalyytin kastumista (wetting efficiency) kuvaavaa muuttujaa.

Mallireaktiona soveltavan osan toisessa osassa käytettiin iso-okteenin hydrausreaktiota. Tässä osassa keskityttiin reaktorin toimintaan ja siihen kuinka sitä voi parhaiten säätää. Tämän vuoksi suoritettiin herkkyysanalyysi keskeisten operointimuuttujien suhteen: vetysyötön suhde olefiinisyöttöön, paine, syöttölämpötila sekä kierrätysvirta. Näistä syöttölämpötilan sekä kierrätysvirran havaittiin vaikuttavan eniten reaktorin toimintaan. Tulosten tarkastelussa huomioitiin myös turvallisuusaspekti ja todettiin, että erityisesti kierrätysvirran suhteen tehtävien muutosten tulee olla varovaisia ja reaktorille tulee antaa riittävästi aikaa tasaantua muutoksen jälkeen. Herkkyysanalyysin yhteydessä tarkasteltiin myös partikkelikoon vaikutusta reaktorin toimintaan. Huomattiin, että käytettäessä erittäin pieniä partikkeleita reaktori toimii vahvan vuorovaikutuksen alueella (high interaction regime), mutta tällä ei ole huomattavaa vaikutusta aineensiirtoon kyseisessä tapauksessa.

Yleisesti todettiin, että FLOWBAT -simulointiohjelma tarjoaa hyödyllisen keinon arvioida teollisuusmittakaavan triklekerrosreaktorin toimintaa. Tulosten tarkastelussa tulee kuitenkin kiinnittää erityistä huomiota nesteenjaon vaikutukseen. Tätä ei simuloinnissa voida tällä hetkellä huomioida teollisuusmittakaavan reaktoreille.