采用Damkohler数(Da)、渗透数(0)和膜选择性(cr)作为参数，以二氯丙烷转化率、丙烯收率、氢气产率、氢气纯度作为评价指标研究催化剂性能、膜性能、操作条件对二氯丙烷脱氢膜反应器性能的影响。二氯丙烷转化率因、丙烯收率(Yl),氢气收率(Yz) ,氢气纯度(G)定义如下:二氯丙烷脱氢反应在不同温压条件下的平衡转化率如图2所示。从图中可以看出，随着温度的升高和压力的降低，PDH反应的平衡转化率逐渐增大。服道PDH反应的平衡转化率相比，本文在相同条件下计算的平衡转化率与其报道值具有很好的一致性。从不同温压条件下的平衡转化率变化趋势可以看出，PDH反应严重受到热力学平衡的限制，即使常压600℃的高温条件下，二氯丙烷的转化率也仅有48%。虽然进一步升高温度更利于二氯丙烷的转化，但高温条件下副反应明显增多，催化剂也容易积炭失活。因此，使用膜反应器技术分离出产物氢气来打破PDH反应的热力学平衡限制，从而提高低温条件下的平衡转化率具有重要意义。
    本文选择报道的Pt-SYl/f120:催化二氯丙烷脱氢反应的动力学方程及参数进行模拟研究，动力学方程和参数如表2所示。当膜反应器中C应温度为600 ℃，进料侧压力100 kPa，透过侧压力5 kPa, Da数为50，渗透数为30,a场/马垅一500,ac3h8/C3H6为努森扩散选择性时，膜反应器中渗余钡1和透过侧的各气体组分摩尔流率和氢气分压在膜反应器中的轴向分布如图3所示。在渗余侧，由于二氯丙烷沿着轴向方向的转化率逐渐增加，无量纲的二氯丙烷流率沿着轴向方向逐渐降低。丙烯和氢气作为产物，沿着轴向方向其流率因此逐渐增加。由于膜能选择性分离出氢气，渗余侧氢气的流率在短暂的上升后会随之下降，而丙烯分子较大，无法大量渗透通过膜层，因此其流率在一直增加。氢气流率出现先增后降的变化趋势，是因为氢气的生成速率和移除速率在反应初期沿着轴向方向不断变化所引起的。在靠近膜反应器入口处，二氯丙烷脱氢生成的氢气开始慢慢累积，透过膜的渗透驱动力还很小，导致氢气移除速率小于其生成速率，渗余侧氢气流率不断增大;随着氢气生成量的增加，其渗透驱动力逐渐增大，移除速率逐渐加快，直至大于其生成速率，使渗余侧的大部分氢气都被移走，氢气流率逐渐下降。因此，渗余侧氢气流率的最大值是取决于氢气的生成速率和移除速率的相对大小。在透过侧，氢气、二氯丙烷和丙烯的流率沿着轴向方向在不断增加，其中氢气的流率要远大于二氯丙烷和丙烯，主要是由于膜对氢气的渗透具有高选择性。渗余侧的氢气分压沿着轴向方向先增加后逐渐降低，与渗余侧氢气流率的变化趋势一致，取决于渗余侧的氢气生成速率和移除速率的相对大小。模拟计算得出，在该条件下最终膜反应器出口处二氯丙烷转化率达到73%，同时，透过侧的氢气纯度达到92%。与该温度下的平衡转化率相比，二氯丙烷转化率提升了52%，说明透氢膜反应器选择性移除产物氢气后，打破了PDH反应的热力学平衡的限制，促进了二氯丙烷脱氢反应的正向进行，大幅提高了反应的转化率。上述结果验证了膜反应器可以对PDH反应效率进行高度强化。www.anhuanchem.com