流化床反应器的型式
三水锰矿 / 2021-08-03
流化床反应器的型式
根据流化反应的类型和催化剂的性能的不同，流化床反应器也有不同型式。
按催化剂床层的数目，可分为单层反应器和多层反应器。不论单层或多层反应器，根据需要，催化剂可以进行连续的或周期的再生。
按反应器内都有无热交换单元，也可以分为两种型式，一种是有内部热交换单元的反应器，另一种是没有内部热交换单元的反应器。
目前工业上广泛采用的是单层有内部热交换单元的反应器和单层段有内部热交换单元但有连续再生装置的反应器。
1.单层有内热交换单元的反应器
这种反应器对不可逆放热反应特别有利。例如在钒催化剂上氧化生成邻苯二甲酸酐和丙烯在磷催化剂上氨氧化生成丙烯的反应。
氧化流化床反应器的结构，示于图4-22。反应器由扩大段、反应段和锥体三部分组成。蒸气和空气的混合物由反应器底部的锥形体进入。通过分布板进入反应区，在这里混合气体与化剂接触并进行反应。在反应区装有冷却器以取出反应热。这时进入冷却器的水因加热而变为蒸汽，再将蒸汽导入冷却系统以回收热能。反应后的气体混合物经过热交换器冷却到所需要的温度，然后再经过多孔陶瓷制成的过滤器，使气体与夹带出的催化剂分开。为了防止催化剂微粒堵塞过滤器，必须周期地用空气反吹，吹掉粘附在过滤器上的化剂。此外化剂在过滤管上的积存，能引起进一步氧化使过滤器过热，进而导致磁质过器的碎裂。
2.丙烯氧化流化床反应器
这类大型反应器的结构之一如图4-23所示。空气由圆锥体都的进料管导入，经空气分布板进入催化剂层，向上再经一段距离与来自进料管的丙烯、氨混合，于是进行反应。反应放出的热量由冷却器中的水带走。反应后的混合气体由反应段上升到扩大段，然后进入旋风分离器。催化剂由旋风分离器料腿回到催化剂床层中，气体混合物则导出管外。
这样的流化床反应器通常每合有多组旋风分离器，每组有若干级。图中只绘出一组分离器。
丙烯、氨和空气不同时在一处进入反应器，是为了在催化剂床层底部保留一段再生区，使被部分还原了的催化剂再氧化到原来的状态。
反应器的结构要适应化反应和催化剂的性能。在丙烯氨氧化的过程中，随着氧化过程的进行，特别是在进入扩大段以后，能化剂处于氧含量小和有还原气体(有机物、氨)的气氛中，能部分被还原，从而使化剂的活性渐下降。为了改善化剂的活性，现在都注意在床层底部留有再生区。如图4-24所示。挡板1之为生区1810之间为反应区1～14之间为急冷区。新空气从挡板1～2之间进入再生区，对化剂进行再生(氧化)，并送至化剂分离器中，从旋风分离器出来的化剂流到反应器的急冷区，使反应混合气体迅速降温，以便阻止生成的丙烯睛进一步氧化。丙烯和氨在挡板3～4之间进入反应器。表4-6是丙烯和氨不同进料位置对健化剂稳定性的影响数据。
从上表可以看出，当空气、丙烯和氨一起由反应器底部送入时，开车10小时后由于化剂的还原，丙烯腊的收率由开始时的685下降到56，5，而在没有再生区的操作中，先将空气从底部送入再生区，在这里被部分还原的化剂受到氧化，得以保持原来的状态，因而在长时间操作后活性保持不变。
催化剂由于部分被还原引起的化活性下降的现象，已引起人们的注意。有人注意到在工业装置中，全部催化剂每小时通过旋风分离器0.5～2次，因此可在化剂的下料管中通入少量空气，把部分还原了的化剂再由空气氧化，使其活性恢复。这时在下料管中形成再生区。试验证明，这种方法也是行之有效的。
3.催化裂化流化床反应器
石油化裂化流化床反应器是单层连续再生型的典型装置大家知道，化裂化反应的一般温度是450～500℃，压力是12公斤/厘米(绝对压力)，在裂化催化剂上进行。反应过程除生成油和气体外，还生成一部分焦炭。这些焦炭沉积在催化剂的表面上，在反应几分钟到十几分钟后，催化剂的活性就由于炭的沉积而下降，因此必须停止反应，用空气烧去积炭以恢复催化剂的活性。裂化反应是吸热反应，烧焦是强烈的放热反应，所以用两个设备分别进行反应和再生。
根据反应器和再生器放置的结构方式不同，目前国外催化裂化流化床反应器有并立式、同轴式和提升管式等几种类型。
图4-25是并立式有代表水汽原料性的IV型反应器。预热过的原料与再生后的高活性催化剂一起进入流化床反应图4-25并立式四型石油催化裂器。反应温度450～500℃，空速5小时，催化剂对油比约为5～10。反应后的油气经二级旋风分离器导出。反应后催化剂由于炭在表面的沉积而气烧去积炭来恢复催化剂的活性。在再生器内温度达到600℃左右，烟气经二级旋风分离器导出。
我国的催化裂化装置基本属于Ⅳ型。
UOP型的反应器置于再生器上，由于反应器与再生器同轴排列，所以装置紧湊、占地面积小，但是装置较高，催化剂输送管道的磨损也比型产重。目前，这类装置在国外最多。正流式与UOP型同轴式相似，主要差别在于词节化剂循环量，先用一种特殊的旋塞、采用直立的输送管，并置于内，从而简化了设备结构，并减小了输送管道的磨损。正流式C型有两根提升管，新鲜原料和回炼分别在两根提升管内选择性裂化(图一27)
提升管式反应器是为适应分子筛化剂的特点而发展起来的。分子筛催化剂比一般无定型硅铝催化剂的活性高，但对焦炭比较敏感，要求催化剂上含炭量小，因此使用提升管式反应比使用密相床层反应有利。近年来，除了新建提升管式装置以外，许多老的催化裂化装置也纷纷改装成提升管式。图-28，图4-29是提升管式的两种类型。
今后的发展动向
近十年来催化作用在工业中的应用有了很大的发展，在后面几章里，我们将叙述一些新型的高效催化剂和新的催化反应，并使之用于工业生产。这在很大程度上促进了化学工业的发展，特别是以石油化工为基础的合成材料工业的发展更为迅速。
今后对现有的工业过程，将进一步研究提高催化剂的活性选择性和寿命，降低过程的温度和压力，使反应在温和的条件下进行;继续寻找催化剂的廉价原料来代替贵金属或稀有金属，改进催化剂的制造方法，以便降低催化剂的成本;继续研究原料转换和新产品制造过程所需要的催化剂。为了更合理地使用催化剂，使催化剂发挥更大的效能，还必须研究催化反应工程。
从工业观点来看，今后继续研究下列催化剂的制造和使用方法:多功能催化剂、沸石系催化剂、离子交换树脂催化剂、稀土元素催化剂、均相络合催化剂、酶催化剂等，其中特别是活性和选择性高的络合物催化剂，将引起人们更大的注意。
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.jpg "丙烯氧化流化床反应器")
.jpg "丙烯和氨不同进料位置对健化剂稳定性的影响")
.jpg "并立式有代表水汽原料性的IV型反应器")
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