固定床催化劑的選擇

固定床催化反應(yīng)器

的選擇

固定床催化反應(yīng)器的選擇一、固定床催化反應(yīng)器的分類二、氣固相固定床催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)三、氣固相催化反應(yīng)器的選擇作業(yè)固定床反應(yīng)器絕熱式換熱式對外換熱式自熱式單段絕熱式多段絕熱式中間間接換熱式冷激式原料氣冷激式非原料氣冷激式按傳熱要求和傳熱方式分按換熱介質(zhì)分按段間換熱方式分按冷流體是否為原料氣分一、固定床催化反應(yīng)器的分類按催化劑床層數(shù)分1、絕熱式固定床反應(yīng)器絕熱式：反應(yīng)體系內(nèi)部與外部沒有熱量交換。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單催化劑均勻d床遠(yuǎn)大于d催

H床/

d催一般超過100與外界沒有熱量交換床層溫度沿物料的流向而變化。適應(yīng)的條件：反應(yīng)熱較小，反應(yīng)溫度允許波動較寬的場合。類型：單段式和多段式二、氣固相固定床催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)（1）單段式：只有一段催化劑床層。一方面適應(yīng)絕熱溫升較小的反應(yīng)（如：乙苯脫氫制苯乙烯、CO變換、甲烷化反應(yīng)等）。1.絕熱式固定床反應(yīng)器另一方面也適應(yīng)反應(yīng)對溫度不敏感或反應(yīng)速率非?？斓姆磻?yīng)（如：甲醇氧化制甲醛）。催化劑床層列管式換熱器1.絕熱式固定床反應(yīng)器中間間接換熱式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應(yīng)和冷卻間隔進(jìn)行。適應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大，反應(yīng)速率慢的反應(yīng)。中間間接換熱式：床層間加換熱器（加熱爐），調(diào)節(jié)溫度。如：煉油工業(yè)的重整反應(yīng)1.絕熱式固定床反應(yīng)器（2）多段式：有多段催化劑床層，反應(yīng)和冷卻間隔進(jìn)行。適應(yīng)場合：反應(yīng)熱效應(yīng)較大，反應(yīng)速率慢的反應(yīng)。中間間接換熱式中間間接換熱式：床層間加換熱器（），調(diào)節(jié)溫度。如：水煤氣轉(zhuǎn)換、二氧化硫的氧化反應(yīng)1.絕熱式固定床反應(yīng)器中間間接換熱式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應(yīng)和冷卻間隔進(jìn)行。適應(yīng)場合：反應(yīng)熱效應(yīng)較大，反應(yīng)速率慢的反應(yīng)。換熱盤管中間間接換熱式：床層間加換熱器（換熱盤管），調(diào)節(jié)溫度。如：環(huán)己醇脫氫制環(huán)己酮及丁二醇脫水制丁二烯。1.絕熱式固定床反應(yīng)器原料氣冷激式（2）多段式：有多段催化劑床層，反應(yīng)和冷卻間隔進(jìn)行。適應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)較大，反應(yīng)速率慢的反應(yīng)。冷激式：用冷流體直接與上一段出口氣體混合來實現(xiàn)降溫。多適應(yīng)于工業(yè)上高壓力操作的反應(yīng)器。如：大型氨合成塔、一氧化碳和氫合成甲醇。非原料氣冷激式1.絕熱式固定床反應(yīng)器（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應(yīng)器

三段中間間接換熱催化反應(yīng)器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器間接換熱式催化劑床層絕熱操作方程絕熱操作線方程式：表達(dá)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。反應(yīng)熱效應(yīng)、絕熱溫升、熱熔、密度一定時，反應(yīng)段斜率相同A-B反應(yīng)x↑B-C換熱x不變C-D反應(yīng)x↑D-E換熱x不變E-F反應(yīng)x↑F-G換熱x不變（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應(yīng)器冷激式催化劑床層絕熱操作方程（原料氣冷激--SO2氧化）三段原料氣冷激式催化反應(yīng)器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器A-B反應(yīng)x↑B-C換熱x↓C-D反應(yīng)x↑D-E換熱x↓E-F反應(yīng)x↑F-G換熱x不變由于生成物與原料氣的比例發(fā)生變化，B-C、D-E換熱階段轉(zhuǎn)化率下降。（3）多段式催化床層溫度的分布：間接換熱式催化劑床層溫度分布和冷激（直接換熱）式催化劑床層溫度分布1.絕熱式固定床反應(yīng)器冷激式催化劑床層絕熱操作方程（非原料氣冷激—乙炔加氫）三段非原料氣冷激式催化反應(yīng)器及其操作狀況1一催化床；2一換熱器A-B反應(yīng)B-C換熱C-D反應(yīng)D-E換熱E-F反應(yīng)F-G換熱非主要成分的加入使主要成分濃度降低，造成A-B、C-D、E-F斜率不同。小結(jié)總之，絕熱式固定床的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，特別對大型的、高溫的或高壓的反應(yīng)器，希望結(jié)構(gòu)簡單，同樣大小的裝置內(nèi)能容納盡可能多的催化劑以增加生產(chǎn)能力（少加換熱空間），而絕熱床正好能符合這種要求。不過絕熱床的溫度變化總是比較大的，而溫度對反應(yīng)結(jié)果的影響也是舉足輕重的，因此如何取舍，要綜合分析并根據(jù)實際情況來決定。1.絕熱式固定床反應(yīng)器2、換熱式固定床反應(yīng)器

概述：換熱式固定床反應(yīng)器以列管式為多，通常管內(nèi)裝催化劑，管間走載熱體。

適應(yīng)條件：當(dāng)熱效應(yīng)比較大時，為了維持適宜反應(yīng)溫度，必須用換熱介質(zhì)移走或供給熱量。

特點(diǎn)：

催化劑的粒徑小于管徑的8倍；利用載熱體來移走或供給熱量，床層溫度維持穩(wěn)定。

分類：按換熱介質(zhì)分為：外換熱式和自熱式列管式反應(yīng)器的特點(diǎn)：

傳熱效果好；接近理想置換流，反應(yīng)速率快、選擇性高；易控制床層溫度；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；設(shè)備費(fèi)用高。（1）外換熱式：以各種載熱體為換熱介質(zhì)的對外換熱式反應(yīng)器多為列管式結(jié)構(gòu)，如下圖。2、換熱式固定床反應(yīng)器載熱體選擇：

低于240℃----加壓熱水250—300℃

-----導(dǎo)熱油300℃

-----熔鹽（KNO353%，NaNO27%、NaNO340%）

600—700℃左右----煙道氣其他----熔融金屬/沸騰金屬（1）外換熱式：以各種載熱體為換熱介質(zhì)的對外換熱式反應(yīng)器多為列管式結(jié)構(gòu)。2、換熱式固定床反應(yīng)器外換熱式----以加壓熱水作為載熱體原理：借助水的汽化移走反應(yīng)熱傳熱效率高優(yōu)點(diǎn)：有利于控制床層溫度提高反應(yīng)速率生產(chǎn)實例：乙烯氧化制環(huán)氧乙烷（右圖）乙烯乙?；趸拼姿嵋蚁?/p>

以加壓熱水作載熱體的固定床反應(yīng)裝置示意圖1-列管上花板；2-反應(yīng)列管；3-膨脹圈；4-汽水分離器；5-加壓熱水泵外換熱式----以道生油作載熱體原理：反應(yīng)器外部設(shè)置載熱體冷卻器，移出的反應(yīng)熱。副產(chǎn)中壓蒸汽。以道生油作載熱體的固定床反應(yīng)裝置示意圖1-列管上花板；2、3-折流板；4-反應(yīng)列管；5-折流板固定棒；6-人孔；7-列管下花板；8-載熱體冷卻器外換熱式----以熔鹽作載熱體原理：熔鹽移走反應(yīng)熱在冷卻器中冷卻并產(chǎn)生高壓水蒸氣。生產(chǎn)實例：丙烯氨氧化制丙稀腈（右圖）以熔鹽為載熱體的反應(yīng)裝置示意圖1-原料氣進(jìn)口；2-上頭蓋；3-催化劑列管；4-下頭蓋；5-反應(yīng)氣出口；6-攪拌器；7-籠式冷卻器原理：反應(yīng)器放在用耐火磚砌成的加熱爐內(nèi)以高溫?zé)煹罋鉃檩d體，將反應(yīng)所需熱量在反應(yīng)管外通過管壁傳給催化劑層生產(chǎn)實例：乙苯催化脫氫制備苯乙烯。以煙道氣為載熱體的反應(yīng)裝置示意圖1-催化劑列管；2-圓缺擋板；3-加熱爐；4-噴嘴；外換熱式----以煙道氣作載熱體固定床催化反應(yīng)器的熱點(diǎn)溫度及降低措施概念：沿固定床催化劑床層軸向上，存在溫度分布（如下圖），其中最高溫度稱為熱點(diǎn)溫度。軸向的溫度分布主要決定于沿軸向各點(diǎn)的放熱速率和管外載熱體的移熱速率。熱點(diǎn)溫度存在的危害熱點(diǎn)溫度的控制方法☆在原料氣中帶入微量的抑制劑，使催化劑部分中毒（乙烯環(huán)氧化中加入少量1,2-二氯乙烷）；☆在入口放置一定高度為惰性載體稀釋的催化劑或已部分老化的催化劑，以降低入口處附近的反應(yīng)速率，從而降低反應(yīng)速率，使與移熱速率盡可能平衡；☆采用分段冷卻法，改變移熱速率，使與放熱速率盡可能平衡。3、固定床催化反應(yīng)器的選擇反應(yīng)的特點(diǎn)反應(yīng)熱效應(yīng)生產(chǎn)工藝要求反應(yīng)器自身特點(diǎn)催化劑性能課后作業(yè)及思考