重整反应物与催化剂气—固接触的催化反应过程是怎样的?
重整化学反应过程,是在固体催化剂的表面和小孔内部进行的,这种气—固接触的反应过程,通常包括五个步骤:
(1)反应物(原料)分子向催化剂表面扩散;
(2)反应物(原料)分子在催化剂表面上(小孔内部表面)被吸附;
(3)在催化剂表面进行化学反应;
(4)反应产物分子由催化剂表面上脱附;
(5)产物分子向气体气流中扩散。
在催化重整反应过程中,试验表明,扩散过程与反应过程相比,前者比后者慢得多,因而,催化重整反应过程是由扩散过程控制的,即整个反应过程的快慢主要受到扩散快慢所控制。而且主要是由在小孔内部的内扩散控制。
反应物(或产物)分子在催化剂小孔中扩散过程称为内扩散,在气流中的扩散,称为外扩散,通常内扩散的阻力大于外扩散的阻力。
内扩散的阻力主要与两个因素有关:一个是催化剂孔径大小,另一个是催化剂的颗粒大小。
催化剂孔径的大小对扩散过程的影响是显而易见的,好比一个房间的门,门越大,出入一定数量的人就愈通畅,门越小出入的阻力就愈大,甚至过小的“门”,不能令其通过,这样的小孔反应物分子进不去,那么,这样的小孔内部就不能成为催化反应的场所。
但是,在同样体积的一个催化剂颗粒上,“门”,即孔愈大,其孔的总的数目就要减少,催化剂的总的表面积就会下降,结果分布金属,晶粒的数目就要减少,总的活性中心数目就要降低,催化剂的活性就要下降。通常要求新鲜重整催化剂中的Al2O3担体的总表面积控制
3在200土20米/克催化剂。
同样,也可以想象得到,催化剂粒度愈大孔的深度可能愈深,内扩散的路途愈长,在总的转化速度方面的影响愈大。因此,在系统压降允许的情况下,尽量选用小颗粒的催化剂也是可以理解的。
催化剂微孔内的扩散过程,对原料烃分子反应速度有很大影响。反应物进入微孔后,边扩散边反应,由于重整反应速度高于扩散速度,因此,沿着扩散方向,反应物的浓度逐渐降低,致使反应速度也随之下降。
外扩散,是指气流分子与催化剂外表面间的扩散过程。它的阻力大小主要与外表面积大小和扩散组分在气流中与催化剂表面上的分压差有关。
总之,研究和工业实践表明,重整反应是属于内扩散控制的过程,所谓扩散控制就是说转移过程是催化过程中最慢的一步,它的速度最终将影响到生成芳烃的速度,即影响在有限时间内的重整芳烃产率。
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