Analysis of gas pressure buildup within a porous catalyst particle which is wet by a liquid reactant

• Published in: Chemical engineering science 1971-01, Vol.26 (4), p.533-547
• Main Authors: Sangiovanni, J.J., Kesten, A.S.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0009-2509; 1873-4405
• DOI: 10.1016/0009-2509(71)83033-6

During the startup of a liquid-feed catalytic reactor, liquid reactant can wet the outside surfaces of porous catalyst particles and wick into the pores by capillary flow. Under these conditions, the liquid in the pores of the catalyst particles will prevent the escape of gaseous reaction products until sufficient gas pressure is generated to expel the liquid from the pores. A mathematical analysis of the gas pressure buildup within a porous catalyst particle which is wet by liquid reactant was developed which considers the simultaneous processes of mass transfer, heat, transfer and chemical reaction within the porous particle. Capillary and viscous forces were considered in developing methods to predict the residence time of liquid reactant in the catalyst particle. This liquid penetration model is used to explain the unusually long ignition delays and sudsequent reactor pressure excursions observed during the startup of certain liquid-feed catalytic reactors. In particular, startup characteristics observed with hydrazine catalytic reactors are noted and discussed relative to the computed liquid pore residence times. Pendant le mise en route d'un réacteur catalytique à alimentation liquide, le réactif liquide peut mouiller les surfaces extérieures des particules de catalyseurs poreux et s'infiltrer dans les pores par capillarité. Dans ces conditions, la présence du liquide dans pores des particules du catalyseur empêchera l'émanation des produits gazeux de réaction jusqu'á ce que la pression du gaz soit suffisante pour expulser le liquide des pores. Une analyse mathématique de l'accumulation de la pression gazeuse à l'intérieur d'une particule poreuse de catalyseur mouillée par le réactif liquide a été développée; cette analyse considére les processus simultanés du transfert de la masse, du transfert de chaleur et de la réaction chimique à l'intérieur de la particule poreuse. Dans l'élaboration de ces méthodes, on a tenu compte des forces visqueuses et capillaries afin de prédire le temps de résidence du réactif liquide dans la particule de catalyseur. Ce phénoméne permet d'expliquer les retards de démarrage anormalement longs et les digression ultérieures de pression observées dans le récteur au cours de la mise en route de certains réacteurs catalytiques à alimentation liquide. En particulier, les caractéristiques de démarrage observées sur des réacteurs catalytiques hydrazine font l'objet d'une remarque spéciale et d'une discussion en ce qui concerne l