摘要
过程强化是化学工业生产中提高效率和产品质量的重要方式，可分为过程强化设备和过程强化方法两个领域。反应器作为核心生产设备，是过程强化的重要研究方向。管式反应器由于结构简单、可连续生产，广泛应用于气液固三相加氢反应中。然而传统的管式反应器在进行糠醛加氢反应时，存在着转化率低和选择性差的问题。基于上述问题，本文采用过程强化的方式，通过结构强化和催化剂强化对管式反应器上的糠醛加氢反应进行优化，并探究过程强化对反应器性能和加氢反应的影响。 本文提出了一种新型管式反应器，采用套管式结构，在单管式反应器的基础上加入多孔内管。通过结构的改变，从而调整进料方式，改善气液两相在反应器内部的混合效果，实现强化反应过程的目的。结合CFD软件，对反应器内部流场进行模拟，研究了H2组分和液体组分随着反应器轴向长度增加的变化规律。多孔区域作为核心，探究了该区域速度和压降变化情况，研究发现符合多孔区域特征，能够实现强化效果。多孔区域内外流体的分布也说明加氢方法的可行性。通过加氢对照实验，初步验证了结构的优化对于加氢性能的提升，其中转化率的提升效果更为明显。进一步探究反应器结构参数改变对加氢性能的影响，分析了停留时间和气液速度匹配以及反应管持液量三个重要参数的影响情况，证明结构优化是改变了加氢反应的停留时间以及增强了气液混合的效果从而提高加氢反应的转化率和选择性。 在反应器结构优化的基础上，从催化剂的角度来强化反应过程，主要是提高加氢反应的选择性。由于反应器结构特性的需要，催化剂必须满足高活性低活化能，大比表面积的要求。因此，设计并制备了双金属催化剂，选择了以Pd-Al2O3为基础催化剂，添加第二活性组分Fe、Cu、Co来进一步提升催化剂的选择性。通过XRD、N2物理吸附、SEM、ICP分析了四种催化剂的性质。发现四种催化剂中活性金属均高度分散在载体表面，并且没有对载体结构形貌造成破坏。四种催化剂均具有介孔结构，加入Fe以后比表面积为224.05 m2/g,其比表面积变化最小，可以满足反应器结构的需要。进一步探究了四种催化剂在新型管式反应器上的加氢影响因素，包括温度、压力、催化剂用量、贵金属负载量、第二活性组分添加量。研究发现在一定范围内，升高温度，增大压力，提高催化剂用量、贵金属负载量、第二活性组分添加量能够增加加氢反应的转化率和选择性。在此基础上，选择了综合性能最为优异的Pd-Fe/Al2O3催化剂来进一步探究其强化机理。通过TEM、XPS、Py-IR表征方法发现，Fe的加入降低了 Pd与载体间的相互作用，改变了催化剂表面酸的性质，催化剂中只出现符合L酸的特征衍射峰，且Pd与Fe形成合金，增强了催化剂表面对H2的吸附。通过结构强化和催化剂强化的方式，实现了新型管式反应器上糠醛加氢的过程强化，为提高反应效率和产物收率提供了良好的参考范例。
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