第五章 固定床气-固相催化反应器.ppt

第五章固定床气-固相催化反应器
第一节概述
一、固定床反应器的基本类型
在工业生产中,对于由气态的反应物料,通过固体催化剂所构成的床层进行反应的装置,通常称为气-固相催化反应器。固定床反应器是最常见的气-固相催化反应器。

气体反应物通过静止不动的固体催化剂所形成的固定床层而进行反应的装置称作固定床反应器。
所谓“固定”是指催化剂固定不动的意思。
下表中列出了一些主要的固定床催化反应过程。
基本化学工业
石油化学工业
烃类水蒸气转化
一氧化碳变换
一氧化碳甲烷化
氨合成
二氧化硫氧化
甲醇合成
催化重整异构化
二氯化烷醋酸乙烯酯
丁二烯顺酐
苯酐环已烷
苯乙烯加氢脱烷基
固定床反应器的主要优点及缺点:
优点:
⑴由于催化剂固定不动,因此其结构简单,操作方便,催化剂在床层内不易磨损。
⑵床层内流体的流动接近活塞流,可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力,当伴有串联副反应时,可获得较高的选择性。
缺点:
⑴固定床内传热较差,而催化剂的载体又往往是热不良导体。多数化学反应又伴有热效应,传热和控温就成了难题。
⑵催化剂的更换必须停产进行。为了减少催化剂更换造成的经济损失,要求催化剂要有足够的寿命。
固定床反应器的分类
固定床反应器,按催化剂床层是否与外界进行热量交换可分为:绝热式和连续换热式两类。
原料气冷激
非原料气冷激
冷激式
间接换热式
内冷式
外冷(热)式
多段绝热式
单段绝热式
绝热式
连续换热式
固定床
绝热式固定床催化反应器:绝热式如不计入热损失则与外界不换热,对于可逆放热反应,依靠本身放出的反应热而使反应气体温度逐步升高,催化床入口气体温度高于催化剂的起始活性温度,而出口气体温度低于催化剂的耐热温度。
1、绝热式固定床催化反应器
(1)单段绝热式(适用于放热和吸热反应)
平衡温度线
最佳温度线
x
T
原料气
产物
催化剂
单段绝热式固定床反应器,实际上就是一个容器,催化剂均匀堆置于床内,预热到一定温度的反应物料自上而下流过床层进行反应,床层同外界无热交换。适用于绝热温升较小的反应。
如:以天然气为原料的大型合成氨厂中的一氧化碳中(高)温变换及低温变换、甲烷化反应都是使用的单段绝热式固定床反应器。
(2)多段固定床绝热反应器
由多个绝热床组成,段间可以进行间接换热,或直接引入气体反应物(或惰性组分)以控制反应器内的轴向温度分布。对于可逆放热反应过程,可通过段间换热形成先高后低的温度序列利于提高转化率。
多段绝热催化床可以分为间接换热式和冷激式。
( a )间接换热式:换热器是列管式,部分反应气体在管内流动而被冷却,冷却过程中气体的组成不变。
下图是可逆放热单反应四段间接换热式的操作状况,在转化率—温度图上有平衡曲线和最佳温度曲线。
(a)间接换热式
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
平衡温度线
最佳温度线
x
T
特点:催化剂床层的温度波动小。
缺点:结构较复杂,催化剂装卸较困难
应用:适用于放热反应
二氧化硫氧化和乙苯脱氢过程常用多段间接换热式