مدل‌سازي سينتيكي واكنش شكست ايزو بوتان بر روي كاتاليست زيوليتي HZSM-5

Kinetic Modeling of i-Butane Cracking on an HZSM-5 Zeolite Catalyst

در اين تحقيق، يك مدل سينتيكي يكپارچه براي شكست ايزوبوتان بر روي كاتاليست HZSM-5ا (SiO2/Al2O3=484) پيشنهاد شده است. آزمايش‌ها در بازه دمايي 470 تا C° 530 و فشار كل kPa 104 در يك راكتور بستر ثابت انجام شده است. در شرايط آزمايش، فشار جزيي ايزو بوتان برابر kPa 20 مي‌باشد. در اين آزمايش‌ها از نيتروژن براي رقيق كردن ايزوبوتان و رسيدن به زمان ماند مورد نظراستفاده شد. به علت ساده بودن طيف محصولات توليدي، مزيت مدل يكپارچه پيشنهادي كم بودن تعداد واكنش‌ها (6 واكنش) و تعداد كم اجزا يكپارچه شامل متان، ايزو بوتان، پارافين‌ها، الفين‌ها و تركيبات سنگين مي‌باشد. پارامترهاي سينتيكي معادلات سرعت در مدل پيشنهادي يكپارچه از مي‌نيمم كردن اختلاف بين نتايج مدل و داده‌هاي تجربي به دست‌آمده است. مقدار كم اين اختلاف كه برابر 0118/0 بود، نشان مي‌دهد كه مدل پيشنهادي متشكل از اين تركيبات يكپارچه، مي‌تواند به خوبي داده‌هاي به‌دست آمده از نتايج آزمايشگاهي را پيش‌بيني نمايد. همچنين آناليزهاي آماري مدل سينتيكي، معناداري و صحت پارامترهاي به‌دست آمده را تاييد مي‌كند.

A lumped kinetic model is proposed for i-butane cracking over an HZSM-5 zeolite catalyst (SiO2/Al2O3=484) and the experiments were carried out in a fixed bed reactor in the broad range of temperature of 470-530 °C and at a partial pressure of 20 kPa for i-butane and a total pressure of 104 kPa. Nitrogen was utilized in the experiments for adjusting the partial pressure of hydrocarbon feed and desired feed contact time. Due to the simple product distribution of i-butane cracking reaction, the proposed lumped kinetic model only consisted of 6 reaction steps and 5 lumped compounds including methane, i-butane, paraffins, olefins, and heavy components. The kinetic parameters of rate equations were obtained through the minimization of error objective function and the results indicated that the proposed model could predict the experimental data quite well. Finally, the statistical analysis of the kinetic model confirmed the validity of the model and the significance of the optimized values of the kinetic constants.