catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-100Research ArticleКАТАЛИЗ В НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИСATALYSIS IN PETROLEUM REFINING INDUSTRYОДНОМЕРНАЯ ГЕТЕРОГЕННАЯ МОДЕЛЬ РЕАКТОРА СИНТЕЗА ФИШЕРА–ТРОПША С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА В ПРИБЛИЖЕНИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ГРАНУЛDimensional heterogeneous model of a Fischer–Tropsch synthesis reactor with a fixed catalyst bed in approximation of isothermal granulesМамоновН. А.MamonovN. A.

ст. науч. сотрудник ООО «Объединенный центр исследований и разработок». Тел.: (495)730-61-01

MamonovNA@yrd.ruКустовЛ. М.KustovL. M.

д-р хим. наук, проф., зав. лабораторией Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Тел.: (495) 135-53-03

lmk@ioc.ac.ruАлхимовС. А.AlkhimovS. A.

ген. директор ООО «Объединенный центр исследований и разработок». Тел.: (495) 730-61-01

AlkhimovSA@yrd.ruМихайловМ. Н.MikhailovM. N.

канд. хим. наук, зав лабораторией того же Центра. Тел. тот же

MikhailovMN@yrd.ruООО «Объединенный центр исследований и разработок», г. МоскваRussian FederationИнститут органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, г. МоскваRussian FederationООО «Объединенный центр исследований и разработок», г. Москва Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, г. МоскваRussian Federation201325112014033442Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/100

Разработана одномерная гетерогенная модель реактора синтеза Фишера–Тропша (ФТ) с фиксированным слоем катализатора в приближении изотермических гранул. Проведено моделирование процесса ФТ для лабораторного реактора. Рассмотрено влияние линейной скорости газового потока и внутреннего диаметра реакторов на тепловую устойчивость процесса. Показано, что размер реактора лимитируется возможностью возникновения «теплового взрыва» в лобовом слое катализатора. Увеличение линейной скорости газового потока увеличивает теплоотдачу и тем самым уменьшает перегрев слоя катализатора. Показано, что процесс получения твердых углеводородов возможно проводить в реакторах диаметром не более 18 мм. Максимальный перепад температуры при длине реактора 3, 4 и 6 м согласно расчетам равен 4,7, 4,2 и 3,6 °С соответственно. Степень конверсии СО при этом составляет 35,0, 34,4 и 33,9 %, соответственно. Получение жидких углеводородов в высокопроизводительном реакторе требует уменьшения внутреннего диаметра реактора до 12 мм. Максимальный перепад температуры при длине 3, 4 и 6 м составляет 9,6, 8,7 и 7,6 °С, а степень конверсии СО – 78,0, 77,4 и 76,7 % соответственно. Разработанная математическая модель позволяет оценивать параметры проектируемых реакторов и условий проведения синтеза ФТ, направленного на получение жидких или твердых углеводородов.

Dimensional heterogeneous model of a Fischer–Tropsch (FT) reactor synthesis with a fixed catalyst bed in approximation of isothermal pellets is developed. The simulation of the FT process for laboratory reactor is conducted. Effect of the linear velocity of the gas stream and the inner diameter reactors on the thermal stability of the process is considered. It is shown that the size of the reactor is limited by the possibility of a «thermal explosion» in a frontal layer of the catalyst. The increasing of linear gas velocity increases the heat transfer and thus reduces overheating of the catalyst bed. It is shown that the process of preparing solid hydrocarbons may be carried out in a reactor of diameter not exceeding 18 mm. The maximum temperature variation in the length of the reactor 3, 4 and 6 m is 4,7, 4,2 and 3,6 °C respectively according to calculation. The conversion of CO in this case is 35,0, 34,4 and 33,9 %, respectively. Production of liquid hydrocarbons in high performance reactor requires to reduce the reactor internal diameter down to 12 mm. The maximum temperature variation in the length of the 3, 4 and 6 m is 9,6, 8,7 and 7,6 °C, and the CO conversion – 78,0, 77,4 and 76,7 % respectively. Developed mathematical model allows to estimate the parameters of the designed reactors and conditions of the FT synthesis, aimed to obtaining of solid or liquid hydrocarbons.

cинтез Фишера–Тропшаодномерная математическая модельреактор с неподвижным слоем катализаторасинтетические углеводородытемпературный профильSynthesis of the Fischer–Tropsch-dimensional modela reactor with a fixed catalyst bedsynthetic hydrocarbonsthe temperature profileReferencesAtwood H.E., Bennett C.O. Ind. Eng. Chem. Process. Des. Dev. 18 (1979). 163.Atwood H.E., Bennett C.O. Ind. Eng. Chem. Process. Des. Dev. 18 (1979). 163.Bub G., Baerns M. Chem. Eng. Sci. 35. (1980). 348.Bub G., Baerns M. Chem. Eng. Sci. 35. (1980). 348.Everson R., Mulder H., Keyser M.J. Appl. Catal. A. 142. (1996). 223.Everson R., Mulder H., Keyser M.J. Appl. Catal. A. 142. (1996). 223.Jess A., Popp R., Hedden K. Appl. Catal. A. 186. (1999). 321.Jess A., Popp R., Hedden K. Appl. Catal. A. 186. (1999). 321.Swart J.W.A.De, Krishna R., Sie S.T. Stud. Surf. Sci. Catal. 107. (1997). 213.Swart J.W.A.De, Krishna R., Sie S.T. Stud. Surf. Sci. Catal. 107. (1997). 213.Wang Y.N., Xu Y.Y., Li Y.W., Zhao Y.L., Zhang B.J. Chem. Eng. Sci. 58. (2003). 867.Wang Y.N., Xu Y.Y., Li Y.W., Zhao Y.L., Zhang B.J. Chem. Eng. Sci. 58. (2003). 867.Güttel R., Turek T. Chem. Eng. Sci. 64. (2009). 955.Güttel R., Turek T. Chem. Eng. Sci. 64. (2009). 955.Jess A., Kern C. Chem Eng. Technol. 32. (2009). 1164.Jess A., Kern C. Chem Eng. Technol. 32. (2009). 1164.Philippe R., Lacroix M., Dreibine L., Pham-Huu. C., Edouard D., Savine S., Luck F., Schweich D. Catal. Today.Philippe R., Lacroix M., Dreibine L., Pham-Huu. C., Edouard D., Savine S., Luck F., Schweich D. Catal. Today.S. (2009). 305.S. (2009). 305.Wu J., Zhang H., Ying W., Fang D. Chem. Eng. Technol. 33. (2010). 1083.Wu J., Zhang H., Ying W., Fang D. Chem. Eng. Technol. 33. (2010). 1083.Rafiq M.H., Jakobsen H.A., Schmid R., Hustad J.E. Fuel. Proc. Techn. 92. (2011). 893.Rafiq M.H., Jakobsen H.A., Schmid R., Hustad J.E. Fuel. Proc. Techn. 92. (2011). 893.Kwack S.-H., Bae J.W., Park M.-J., Kim S.-M., Ha K.-S., Jun K.-W. Fuel. 90. (2011). 1383.Kwack S.-H., Bae J.W., Park M.-J., Kim S.-M., Ha K.-S., Jun K.-W. Fuel. 90. (2011). 1383.Yates I.C., Satterfield C.N. Energy&Fuels. 5. (1991). Р. 168.Yates I.C., Satterfield C.N. Energy&Fuels. 5. (1991). Р. 168.Steynberg A., Dry M. Stud. Surf. Sci. Catal. 152. (2004). Р. 533.Steynberg A., Dry M. Stud. Surf. Sci. Catal. 152. (2004). Р. 533.Sehabiague L., Lemoine R., Behkish A., Heintz Y.J., Sanoja M., Oukaci R., Morsi B.I. J. Chin. Inst. Chem. Eng.Sehabiague L., Lemoine R., Behkish A., Heintz Y.J., Sanoja M., Oukaci R., Morsi B.I. J. Chin. Inst. Chem. Eng.(2008). 169.(2008). 169.Knochen J., Güttel R., Knobloch G., Turek Т. Chem. Eng. Proc. 49. (2010). 958.Knochen J., Güttel R., Knobloch G., Turek Т. Chem. Eng. Proc. 49. (2010). 958.Specchia V., Baldi G., Sicardi S. Chem. Eng. Commun. 4. (1980). 361.Specchia V., Baldi G., Sicardi S. Chem. Eng. Commun. 4. (1980). 361.Fuller E.N., Schettler P.D., Giddings J.C. Ind. Eng. Chem. 58. (1966). 19.Fuller E.N., Schettler P.D., Giddings J.C. Ind. Eng. Chem. 58. (1966). 19.Deckwer W.D. Bubble Column Reactors. Wiley. New York. 1992.Deckwer W.D. Bubble Column Reactors. Wiley. New York. 1992.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.