Multiscale modeling and simulation on oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene

脱氢 放热反应 催化作用 吸热过程 化学 乙烯 基本反应 热力学 光化学 物理化学 化学工程 材料科学 有机化学 动力学 吸附 物理 量子力学 工程类
作者
Zhongfeng Geng,Yu Zhang,Hao Deng,Sheng Wang,Duanwei He
出处
期刊:Chemical Engineering Research & Design [Elsevier]
卷期号:195: 235-246 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cherd.2023.04.031
摘要

The oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene (ODHE) by Pt-based catalysts is a complex reaction involving endothermic dehydrogenation reactions occurring in gas and exothermic oxidation reactions occurring on the catalyst surface. It is a challenge to figure out its reaction mechanism. Kinetic Monte Carlo (kMC) method was employed to analyze 82 possible elementary reactions on Pt/Al2O3. The path of CH3-CH3 * →CH3-CH2 * →CH3-CH* →C2H4 * on the catalyst surface and the cracking of ethane in the gas phase were the main pathways for ethylene formation, which both needed heat supply. The step of C* +O* →CO* was the main oxidation path providing heat, with C* from C-C bond breaking or dehydrogenation of CHx species. The result was used to establish a particle-resolved fixed-bed computational fluid dynamics (CFD) model. The autothermal equilibrium was achieved at an inlet temperature of 773 K, a flow rate of 2 m/s, and a molar ratio (C2H6:O2) of 3:1. Besides, the oxidation reaction was enhanced by increasing the inlet molar ratio, which meant that the C* species increased. The inlet velocity strengthened the heat transfer and a higher inlet velocity resulted in a lower bed temperature. The multi-scale simulation results can provide a reference for the design of an ethylene industrial reactor.
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