流化床反應器的型式
三水錳礦 / 2021-08-03
流化床反應器的型式
根據(jù)流化反應的類型和催化劑的性能的不同，流化床反應器也有不同型式。
按催化劑床層的數(shù)目，可分為單層反應器和多層反應器。不論單層或多層反應器，根據(jù)需要，催化劑可以進行連續(xù)的或周期的再生。
按反應器內(nèi)都有無熱交換單元，也可以分為兩種型式，一種是有內(nèi)部熱交換單元的反應器，另一種是沒有內(nèi)部熱交換單元的反應器。
目前工業(yè)上廣泛采用的是單層有內(nèi)部熱交換單元的反應器和單層段有內(nèi)部熱交換單元但有連續(xù)再生裝置的反應器。
1.單層有內(nèi)熱交換單元的反應器
這種反應器對不可逆放熱反應特別有利。例如在釩催化劑上氧化生成鄰苯二甲酸酐和丙烯在磷催化劑上氨氧化生成丙烯的反應。
氧化流化床反應器的結(jié)構(gòu)，示于圖4-22。反應器由擴大段、反應段和錐體三部分組成。蒸氣和空氣的混合物由反應器底部的錐形體進入。通過分布板進入反應區(qū)，在這里混合氣體與化劑接觸并進行反應。在反應區(qū)裝有冷卻器以取出反應熱。這時進入冷卻器的水因加熱而變?yōu)檎羝?，再將蒸汽導入冷卻系統(tǒng)以回收熱能。反應后的氣體混合物經(jīng)過熱交換器冷卻到所需要的溫度，然后再經(jīng)過多孔陶瓷制成的過濾器，使氣體與夾帶出的催化劑分開。為了防止催化劑微粒堵塞過濾器，必須周期地用空氣反吹，吹掉粘附在過濾器上的化劑。此外化劑在過濾管上的積存，能引起進一步氧化使過濾器過熱，進而導致磁質(zhì)過器的碎裂。
2.丙烯氧化流化床反應器
這類大型反應器的結(jié)構(gòu)之一如圖4-23所示?？諝庥蓤A錐體都的進料管導入，經(jīng)空氣分布板進入催化劑層，向上再經(jīng)一段距離與來自進料管的丙烯、氨混合，于是進行反應。反應放出的熱量由冷卻器中的水帶走。反應后的混合氣體由反應段上升到擴大段，然后進入旋風分離器。催化劑由旋風分離器料腿回到催化劑床層中，氣體混合物則導出管外。
這樣的流化床反應器通常每合有多組旋風分離器，每組有若干級。圖中只繪出一組分離器。
丙烯、氨和空氣不同時在一處進入反應器，是為了在催化劑床層底部保留一段再生區(qū)，使被部分還原了的催化劑再氧化到原來的狀態(tài)。
反應器的結(jié)構(gòu)要適應化反應和催化劑的性能。在丙烯氨氧化的過程中，隨著氧化過程的進行，特別是在進入擴大段以后，能化劑處于氧含量小和有還原氣體(有機物、氨)的氣氛中，能部分被還原，從而使化劑的活性漸下降。為了改善化劑的活性，現(xiàn)在都注意在床層底部留有再生區(qū)。如圖4-24所示。擋板1之為生區(qū)1810之間為反應區(qū)1～14之間為急冷區(qū)。新空氣從擋板1～2之間進入再生區(qū)，對化劑進行再生(氧化)，并送至化劑分離器中，從旋風分離器出來的化劑流到反應器的急冷區(qū)，使反應混合氣體迅速降溫，以便阻止生成的丙烯睛進一步氧化。丙烯和氨在擋板3～4之間進入反應器。表4-6是丙烯和氨不同進料位置對健化劑穩(wěn)定性的影響數(shù)據(jù)。
從上表可以看出，當空氣、丙烯和氨一起由反應器底部送入時，開車10小時后由于化劑的還原，丙烯臘的收率由開始時的685下降到56，5，而在沒有再生區(qū)的操作中，先將空氣從底部送入再生區(qū)，在這里被部分還原的化劑受到氧化，得以保持原來的狀態(tài)，因而在長時間操作后活性保持不變。
催化劑由于部分被還原引起的化活性下降的現(xiàn)象，已引起人們的注意。有人注意到在工業(yè)裝置中，全部催化劑每小時通過旋風分離器0.5～2次，因此可在化劑的下料管中通入少量空氣，把部分還原了的化劑再由空氣氧化，使其活性恢復。這時在下料管中形成再生區(qū)。試驗證明，這種方法也是行之有效的。
3.催化裂化流化床反應器
石油化裂化流化床反應器是單層連續(xù)再生型的典型裝置大家知道，化裂化反應的一般溫度是450～500℃，壓力是12公斤/厘米(絕對壓力)，在裂化催化劑上進行。反應過程除生成油和氣體外，還生成一部分焦炭。這些焦炭沉積在催化劑的表面上，在反應幾分鐘到十幾分鐘后，催化劑的活性就由于炭的沉積而下降，因此必須停止反應，用空氣燒去積炭以恢復催化劑的活性。裂化反應是吸熱反應，燒焦是強烈的放熱反應，所以用兩個設備分別進行反應和再生。
根據(jù)反應器和再生器放置的結(jié)構(gòu)方式不同，目前國外催化裂化流化床反應器有并立式、同軸式和提升管式等幾種類型。
圖4-25是并立式有代表水汽原料性的IV型反應器。預熱過的原料與再生后的高活性催化劑一起進入流化床反應圖4-25并立式四型石油催化裂器。反應溫度450～500℃，空速5小時，催化劑對油比約為5～10。反應后的油氣經(jīng)二級旋風分離器導出。反應后催化劑由于炭在表面的沉積而氣燒去積炭來恢復催化劑的活性。在再生器內(nèi)溫度達到600℃左右，煙氣經(jīng)二級旋風分離器導出。
我國的催化裂化裝置基本屬于Ⅳ型。
UOP型的反應器置于再生器上，由于反應器與再生器同軸排列，所以裝置緊湊、占地面積小，但是裝置較高，催化劑輸送管道的磨損也比型產(chǎn)重。目前，這類裝置在國外最多。正流式與UOP型同軸式相似，主要差別在于詞節(jié)化劑循環(huán)量，先用一種特殊的旋塞、采用直立的輸送管，并置于內(nèi)，從而簡化了設備結(jié)構(gòu)，并減小了輸送管道的磨損。正流式C型有兩根提升管，新鮮原料和回煉分別在兩根提升管內(nèi)選擇性裂化(圖一27)
提升管式反應器是為適應分子篩化劑的特點而發(fā)展起來的。分子篩催化劑比一般無定型硅鋁催化劑的活性高，但對焦炭比較敏感，要求催化劑上含炭量小，因此使用提升管式反應比使用密相床層反應有利。近年來，除了新建提升管式裝置以外，許多老的催化裂化裝置也紛紛改裝成提升管式。圖-28，圖4-29是提升管式的兩種類型。
今后的發(fā)展動向
近十年來催化作用在工業(yè)中的應用有了很大的發(fā)展，在后面幾章里，我們將敘述一些新型的高效催化劑和新的催化反應，并使之用于工業(yè)生產(chǎn)。這在很大程度上促進了化學工業(yè)的發(fā)展，特別是以石油化工為基礎的合成材料工業(yè)的發(fā)展更為迅速。
今后對現(xiàn)有的工業(yè)過程，將進一步研究提高催化劑的活性選擇性和壽命，降低過程的溫度和壓力，使反應在溫和的條件下進行;繼續(xù)尋找催化劑的廉價原料來代替貴金屬或稀有金屬，改進催化劑的制造方法，以便降低催化劑的成本;繼續(xù)研究原料轉(zhuǎn)換和新產(chǎn)品制造過程所需要的催化劑。為了更合理地使用催化劑，使催化劑發(fā)揮更大的效能，還必須研究催化反應工程。
從工業(yè)觀點來看，今后繼續(xù)研究下列催化劑的制造和使用方法:多功能催化劑、沸石系催化劑、離子交換樹脂催化劑、稀土元素催化劑、均相絡合催化劑、酶催化劑等，其中特別是活性和選擇性高的絡合物催化劑，將引起人們更大的注意。
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.jpg "丙烯和氨不同進料位置對健化劑穩(wěn)定性的影響")
.jpg "并立式有代表水汽原料性的IV型反應器")
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