固定床反应器的操作与控制-固定床反应器选型

任务0301乙苯脱氢反应器的选型项目03乙苯脱氢反应器的设计与选型中山石化3万吨/年苯乙烯装置中山石化3万吨/年苯乙烯装置任务引入：

该装置六十年代建成，采用单段绝热反应器，水蒸汽作稀释剂，同时提供反应所需的热量。反应器结构简单，制造费用低。但水蒸汽耗量大，水烃比为16；进出口温差大，转化率只有35%，选择性也只有90%。现想新建一套6万吨/年苯乙烯，欲选择新的脱氢反应器，提高转化率和选择性，以降低乙苯单耗和能耗。任务点及其要求0301-1乙苯脱氢的反应原理及苯乙烯的工业生产方法能简要说明乙苯脱氢的反应原理及其反应特点能简述乙苯的工业生产方法并进行简单评价；0301-2物料的性质能简单描述产品、原料、催化剂的物理化学性质0301-3生产工艺流程能画出乙苯脱氢反应的工艺流程图并加以简要说明0301－4气固相反应器的类型、结构及其应用能够以表格形式总结说明气固相反应器的类型、结构及其应用0301－5气固相反应器的选型分析能总结固定床反应器的特点，能够根据反应器特点合理选择固定床反应器0301－66万吨/年乙苯脱氢反应器的选型能根据工艺条件对乙苯脱氢反应器进行分析和选型.反应特点

1、可逆强吸热反应

2、体积增大反应

3、温度过高会使乙苯热分解反应（平行副反应）和苯乙烯聚合反应（连串副反应）加速，产物苯乙烯收率降低。

乙苯脱氢的反应原理主反应：

0301-1乙苯脱氢的反应原理及苯乙烯的工业生产方法1、乙苯直接脱氢法2、乙苯氧化脱氢法3、以甲苯为原料的合成法4、乙烯和苯直接合成法(醋酸钯作用下)5、裂解汽油中萃取分离苯乙烯总结苯乙烯的工业生产方法0301-2物料的性质

要点：通过查资料，了解以下产品、原料和催化剂的理化性质

1、苯乙烯2、乙苯3、氢4、催化剂（根据具体情况定）

0301-3苯乙烯的生产工艺流程流程简述：循环乙苯和新鲜乙苯与水蒸气总用量中10％的水蒸气混合以后，与高温的脱氢产物在热交换器4和3间接预热到520～550℃，再与过热到720℃的其余90％的过热水蒸气混合，大约是650℃进入脱氢反应器2，在绝热条件下进行脱氢反应，离开反应器的脱氢产物约为585℃，在热交换器3和4中，利用其余热间接预热原料气，然后在冷凝器5中进一步冷却、冷凝，凝液在分离器6中分层，排出水后的粗苯乙烯送精制工序，尾气中氢含量为90％左右，可作为燃料，也可精制为纯氢气使用。总结气－固相催化反应器的基本类型

0301-4气固相反应器的类型、结构及其应用单段绝热式多段绝热式（a）中间换热式ⅠⅣⅢⅡⅠⅣⅢⅡ（b）原料气冷激式

ⅠⅣⅢⅡ(c)非原料气冷激式径向绝热反应器

轴向流径向流

VS列管式（对外换热式）固定床反应器

30°C

100°C25mm

25000tubesReactorfeed

Coolant自热式固定床反应器固定床反应器的分类及性能比较特点反应器名称结构示意图优点缺点适用催化剂固定在床层中绝热式单段绝热式结构简单，反应器生产能力大反应过程中温度变化大热效应不大，允许温度有较宽变动范围的反应过程；热效应较大，但对反应温度不很敏感的反应过程；反应速率非常快的过程多段绝热式中间换热式床层温度变化较单段式有改善换热装置效率不高，而且层间容积不能太大换热量要求不太大的情况原料气冷激式结构简单，便于装卸催化剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏而影响操作床层温度变化较大大型催化反应器非原料气冷激式径向绝热式压降小、空速大、可使用小颗粒催化剂对分布流道的制造要求较高；要求催化剂有较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的均匀分布新型高效节能反应器换热式对外换热式管径较细，可视为理想置换流动；反应速率快，选择性高；采用小管径，传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层温度；结构较复杂，设备费用高原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的强放热反应情况自热式把原料的预热和产物的冷却过程融为一体，大大提高了能量利用水平预热原料所需热量与反应释放热量相差甚远的，需附加大量热交换面积，且系统控制要求大大提高热效应不大的高压放热反应过程总结固定床与流化床反应器的特点

0301-5气固相反应器的选型分析特点催化剂颗粒尺寸反应速率反应效果传热特性催化剂更换固定床催化剂颗粒大，以避免压降过大；催化剂利用率下降返混小，反应速率较快（类似于PFR）停留时间和温度分布可控，可达高选择性和转化率传热较差，催化剂载体往往是热的不良导体催化剂不易磨损；但更换时必须停产，且更换劳动强度大，因此对催化剂使用寿命要求高流化床催化剂颗粒较小，可消除内扩散阻力，充分发挥其效能，减少用量返混大，反应速率较慢（类似于CSTR）产品选择性和转化率较低，且由于沟流偏流等存在，设备要求比较高传热强度高，整个床层处于恒温状态，可在最佳温度点操作催化剂容易磨损，但失活催化剂可迅速再生气固相催化反应器的选择应综合考虑：1、反应特点热力学角度：反应发生的条件；反应的热效应；是否可逆；体积增大还是减小等动力学角度：主、副反应的竞争关系（平行、连串等）、主副反应的活化能比较等2、工艺要求热力学角度：温度（高温/低温）；压力（高压/低压）；供热还是移热动力学角度：反应器内是否需要温度、浓度的分布等以提高主反应的速度和选择性3、反应器特点固定床（绝热、换热等）、流化床、移动床4、催化剂性能活性组分、适宜的使用温度、机械强度等1、对反应器的要求分析反应特点对反应器要求1、可逆强吸热反应1、温度要求：需要高温条件2、供热要求：需在高温下向反应系统供给大量热量2、体积增大反应3、压力要求：低压下进行，压降应小3、温度过高会使乙苯热分解反应（平行副反应）和苯乙烯聚合反应（连串副反应）加速，产物苯乙烯收率降低。4、温度控制要求：进出口温度都不宜过高，床层温度应较均匀0301-66万吨/年乙苯脱氢反应器的选型

2、初步确定的可选择范围

列管式等温反应器以烟道气为载热体提供反应所需热量，以水蒸汽为稀释剂采用常压操作。

多段绝热反应器水蒸汽分段导入，常压操作多段径向绝热反应器负压下反应，水蒸汽分段导入（1）技术指标:反应速率(对一定的反应器体积和物料处理量,反应速率与转化率相当)反应选择性（2）经济指标：生产成本或利润（3）生产过程费用:原料费用设备费用操作费用:人工费、动力消耗、能量消耗、设备维修、公共事业等（4）生产安全（5）产品质量（6）对环境的影响等3、技术经济等指标比较列管等温式多段绝热式多段径向绝式转化率（%）40～456465选择性（%）92～959296.8水烃比（mol比）7～9128.24、选择结果