流化床反應(yīng)器.ppt

1、氯乙烯放大制備與流化床技術(shù),清華大學(xué)化工系 2006.1.12,內(nèi)容簡(jiǎn)介,氯乙烯放大制備的要求 固定床與流化床的放大特性 流化床技術(shù) 流化床技術(shù)放大制備氯乙烯的初步設(shè)想,氯乙烯工業(yè)放大制備的要求,移出反應(yīng)熱與控制適宜的溫度 保證催化劑的壽命 保證乙炔的轉(zhuǎn)化率 單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度要大,產(chǎn)生的問題,目前工業(yè)上采用固定床反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器移熱困難，不能適應(yīng)放大過程中反應(yīng)熱急劇增加后的移熱需要。 過程的熱效應(yīng)對(duì)汞催化劑不利。 固定床反應(yīng)器的氣速不能太高，否則壓降過大，造成了其通量有限。 另外，固定床列管結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，催化劑更換不易。維修困難。,流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn),控溫容易，溫度均勻，基本沒有熱點(diǎn)。

2、特別適用于放熱反應(yīng)。 流化床中床層壓降與氣速無(wú)關(guān)，能夠比固定床高幾倍的氣速操作。 流化床中結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。催化劑移出，移入方便，檢修方便。 這三點(diǎn)決定了流化床在過程放大中的優(yōu)越性。,流化床中的氣體轉(zhuǎn)化與氣泡的關(guān)系,流化床技術(shù)簡(jiǎn)介,分布器技術(shù) 內(nèi)置構(gòu)件技術(shù) 催化劑回收技術(shù) 提高氣體轉(zhuǎn)化率的流化床結(jié)構(gòu) 適應(yīng)于變溫操作的流化床結(jié)構(gòu) 適應(yīng)于溫度控制的分布器技術(shù),分布器技術(shù),氣體進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，首先經(jīng)過分布器 分布器設(shè)計(jì)是控制初步氣泡大小的關(guān)鍵技術(shù)。,特征: 1.通過嚴(yán)格的流體力學(xué)推導(dǎo),根據(jù)管道與控制單元的阻力,均勻分布?xì)怏w; 2. 變質(zhì)量流特征,每個(gè)環(huán),每個(gè)孔的結(jié)構(gòu)與氣體流量均不同. 3.在保證高效,可靠

3、的基礎(chǔ)上,增加了技術(shù)的保密性. 4.可裝在下封頭內(nèi),有效利用設(shè)備空間. 5.熱應(yīng)力很小.,新型管式氣體分布器專利技術(shù),齊魯石化公司4萬(wàn)噸/年丙烯腈工業(yè)裝置,新型分布器的應(yīng)用效果,已在兩個(gè)工藝三臺(tái)工業(yè)反應(yīng)器中應(yīng)用 年增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益5000萬(wàn)元以上 參與中石化“十條龍”科技攻關(guān)，鑒定認(rèn)為達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 獲2001年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委企業(yè)創(chuàng)新優(yōu)秀獎(jiǎng) 2001年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),中石化科技進(jìn)步二等獎(jiǎng). 已用于7萬(wàn)噸丙烯腈/年反應(yīng)器中,構(gòu)件技術(shù),氣泡在穿過催化劑床層過程中逐漸長(zhǎng)大，如果不加以限制，會(huì)長(zhǎng)大到反應(yīng)器直徑那么大。 氣固接觸效果差，氣體轉(zhuǎn)化率上不去。 通常采用內(nèi)置構(gòu)件來限制氣泡大小。,構(gòu)件能夠有效破

4、碎氣泡,內(nèi)構(gòu)件,苯酐生產(chǎn)裝置,化學(xué)反應(yīng)方程式：,收率提高8 全國(guó)有10個(gè)廠家采用這項(xiàng)技術(shù),醋酸乙烯生產(chǎn)裝置,左圖為：4032醋酸乙烯生產(chǎn)裝置,2.5萬(wàn)噸/年 處理能力提高50 全國(guó)有10個(gè)廠家采用此項(xiàng)技術(shù)，占50,化學(xué)反應(yīng)方程式：,丙烯腈生產(chǎn)裝置,PVC旋流干燥裝置,已有三個(gè)2.5萬(wàn)噸/年工業(yè)裝置 節(jié)能由1.2kg/kg PVC降至0.4kg/kg PVC 2001年，鑒定達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,流化床中控制轉(zhuǎn)化率的技術(shù),由于流化床中存在氣泡，部分氣體原料會(huì)短路，并且氣固劇烈混合，降低了傳質(zhì)推動(dòng)力。所以一般來說，流化床中氣體的轉(zhuǎn)化率不如固定床。 這就對(duì)流化床適用于氣體轉(zhuǎn)化率較高的一些反應(yīng)體系提出挑戰(zhàn)

5、,BASF流化床與固定床結(jié)合的技術(shù),特征：以流化床與固定床串聯(lián)，增強(qiáng)氣體原料的轉(zhuǎn)化 缺點(diǎn)： 設(shè)計(jì)構(gòu)造復(fù)雜； 二者氣速與壓降的匹配問題； 固定床的換熱效果較差； 固定床中的催化劑失活再生問題。,深度轉(zhuǎn)化硝基苯的多段流化床概念設(shè)計(jì),優(yōu)點(diǎn)： 降低氣體的軸向返混,使氣體的流型接近平推流,提高氣體轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力； 可調(diào)控局部溫度； 可調(diào)變局部氫與硝基苯比例； 達(dá)到深度轉(zhuǎn)化硝基苯的目的,在反應(yīng)器中部設(shè)置橫向構(gòu)件， 在反應(yīng)器制造兩個(gè)或多個(gè)催化劑密相區(qū),多層流化床的控制,多孔板與外置溢流管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,騫偉中,魏飛等，石油化工，2002,31(6):444,騫偉中,魏飛,金涌等,硝基苯氣相加氫制備 苯胺的裝置與方

6、法, ZL200310100201.0,7萬(wàn)噸/年苯胺流化床裝置,硝基苯加氫制備苯胺原理,反應(yīng)特點(diǎn)： 1. 強(qiáng)放熱，544 KJ/mol. 要求移熱方便，可靠。 氫氣大過量的條件下, 該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),與硝基苯的濃度高成正比.,高純度苯胺產(chǎn)品對(duì)流化床反應(yīng)器技術(shù)的挑戰(zhàn),苯胺最大用途是制備MDI，此工藝要求苯胺中硝基苯含量小于0.5-1PPm。相當(dāng)于硝基苯的轉(zhuǎn)化率大于99.999% 在單段流化床反應(yīng)器，存在著劇烈的固體返混與一定程度上的氣體返混， 以及輕微的氣泡短路。這種流體力學(xué)特性決定了在單段流化床反應(yīng)器很難完成硝基苯的深度轉(zhuǎn)化。,單段床與兩段床反應(yīng)效果的比較,在催化劑活性溫度區(qū)間內(nèi)，兩段床效果

7、均優(yōu)于單段床 Diao SG, QianWZ, Luo GH, Wei F. Appl Catal A 2005;286 (2):31-35,兩段床,單段床,調(diào)變第二段催化劑區(qū)的氫油比,高的氫油比能夠促進(jìn)硝基苯轉(zhuǎn)化,抑制催化劑積碳失活 Diao SG, QianWZ, Luo GH, Wei F. Appl Catal A 2005;286 (2):31-35,第一段氫油比：10 第二段氫油比：3050,兩段床,單段床,氫油比:10,兩種反應(yīng)器中的積碳狀態(tài),分段控制實(shí)驗(yàn):第二段的高氫油比,使催化劑積碳率非常低,活性高 Diao SG, QianWZ, Luo GH, Wei F. Appl C

8、atal A 2005;286 (2):31-35,兩段床第二段,單段床,兩段床第一段,7萬(wàn)噸/年苯胺工業(yè)反應(yīng)器中的結(jié)果一,在不同溫度范圍內(nèi),均使苯胺粗品中硝基苯含量低于20PPm,騫偉中,柯長(zhǎng)顥,魏飛等,現(xiàn)代化工 2005; 25(10):49-53.,兩段床,7萬(wàn)噸/年苯胺工業(yè)反應(yīng)器結(jié)果二,正?？账?騫偉中,柯長(zhǎng)顥,魏飛等,現(xiàn)代化工 2005; 25(10):49-53.,兩段床,可適應(yīng)高空速操作或減少催化劑用量,7萬(wàn)噸/年苯胺工業(yè)反應(yīng)器結(jié)果三,生產(chǎn)高純度苯胺的催化劑單程壽命顯著增加,兩段床,騫偉中,柯長(zhǎng)顥,魏飛等,現(xiàn)代化工 2005; 25(10):49-53.,應(yīng)用實(shí)例二,間二甲苯氨氧

9、化，500噸年 直徑1.2米,高18米 溫度:400-450攝氏度 氣速:湍動(dòng)流態(tài)化域. 介質(zhì):空氣,芳香烴與芳香胺類,水,雙層流化床運(yùn)行平穩(wěn),調(diào)變流化床中的溫度分布,不同高度段的溫度控制 分布器區(qū)的溫度控制 目的：適應(yīng)不同過程的需要（如熱力學(xué)限制的轉(zhuǎn)化，催化劑的耐溫程度）,流化床軸向溫度分布特征,根據(jù)估算：分布器區(qū)反應(yīng)程度為50-85%. 原來的認(rèn)識(shí)：這里的熱量靠反應(yīng)器中催化劑的混合來平均取走。應(yīng)與上方溫度差別不大。 實(shí)際情況：在反應(yīng)的分布器區(qū)，由于反應(yīng)氣剛接觸催化劑，濃度最大，所以放熱量巨大，形成熱點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及催化劑壽命影響很大。 而在催化劑密相區(qū)頂部的換熱管進(jìn)水口附近，反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束。

10、溫度很低，與下面的差距可達(dá)度,產(chǎn)品質(zhì)量和催化劑的要求,溫度過高：影響產(chǎn)品質(zhì)量，催化劑結(jié)焦，催化劑的壽命。 以苯胺合成為例，當(dāng)溫度超過度，苯胺與硝基苯的聚合加劇，結(jié)焦量上升，銅催化劑燒結(jié)嚴(yán)重，且呈現(xiàn)液態(tài)，易揮發(fā)。 對(duì)于氫氧復(fù)合來說，當(dāng)溫度超過700度，鉑催化劑要燒結(jié)，瞬間失去活性。在沒有催化劑的條件下，氫氧混合會(huì)劇烈爆炸。 要求：降低分布器區(qū)的溫度,改變分布器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例一：萬(wàn)噸苯胺分布器,騫偉中,魏飛等,硝基苯氣相加氫制備苯胺 的分布器與苯胺合成方法, CN200410091353.3,應(yīng)用實(shí)例二：氫氧復(fù)合體系,能將分布器區(qū)的溫度從700度降至350度,制備氯乙烯的流化床,大致結(jié)構(gòu)：具有上下噴頭結(jié)構(gòu)的氣體分布器；雙層流化床或三層流化床（分層換熱結(jié)構(gòu)） 溫度分布：底部：150度左右；頂部125-130 度左右。 轉(zhuǎn)化率：不低于目前固定床水平； 催化劑單耗：不高于目前固定床水平。,流化床反應(yīng)器規(guī)模與產(chǎn)量規(guī)模,直徑：2.5-3 m; 高