固定床催化操作.ppt

任务三 固定床催化反应器的操作 不可逆反应 由于反应速率常数随温度的升高而升高，因此，无论是放热反应还是吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以获得较大的反应速率，但在实际生产中，要考虑以下问题：a）温度过高，催化剂活性下降或失活；b）设备材质的选取c）热能的供应d）伴有副反应时，会影响反应的选择性 可逆反应 随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于可逆吸热反应，也应尽可能在较高温度下进行，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高反应速率。同时，也应考虑一些因素的限制。 任务三 固定床催化反应器的操作 《固定床反应器原理及岗位操作技术》 操作训练的载体：苯加氢生产环己烷 一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 二、正常操作注意事项 三、苯加氢反应器岗位开停车 四、异常现象原因及处理方法 一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 （一）反应原料、产物及用途、生产方法 1.原料 苯 2.产物 环己烷 3.产物用途 ※生产环己醇、环己酮、聚己内酰胺和聚己二酰己二胺有机化工原料。 ※是纤维素醚、树脂、蜡、沥青和橡胶的优良溶剂。 一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 （一）反应原料、产物及用途、生产方法 4.催化剂 苯加氢催化剂 铂系催化剂 镍系催化剂 活性好，价格便宜 但如耐硫性能差，耐热性差 一般工业使用温度120～180℃ 液苯空速低（一般为0.2～0.8h-） 工业使用寿命短 只能副产低压蒸汽 目前我国镍系苯加氢催化剂主要用于中小型生产装置； 耐硫性能好 中毒后易再生 耐热性能好 工业操作温度可达200～400℃ 可副产中压蒸汽(1.0MPa) 液苯空速可达1.0～2.0h- 工业使用寿命大于5年。 一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 （一）反应原料、产物及用途、生产方法 5.生产方法 环己烷生产方法 苯加氢法 石油烃馏分的 分馏精制法 气相苯加氢 液相苯加氢 工艺气体混合均匀 转化率、收率均很高 反应激烈，易飞温； 一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件 （二）反应原理及特点 1.原理 苯加氢反应是一个复杂的反应体系。在一定反应条件下，苯与氢可能发生以下各种反应。 其中，反应(1)为主反应，生成目的产物环己烷； 反应(2)是苯的加氢裂解，最终产物为碳和甲烷； 反应(3)是环己烷的异构化； 反应(4)则是环己烷的裂解反应。 对于苯而言，反应(1)和(2)是平行反应。 尽管反应(1)和(3)均为可逆反应，但前者为放热反应， 后者为吸热反应，这就导致温度对反应的影响各不相 同。 1.原理 （二）反应原理及特点 2.反应场所 3.反应特点 ¤前反应器：列管换热式固定床反应器 ¤后反应器：单段绝热式固定床反应器 ¤强放热反应 ¤复杂反应 ¤气固催化反应 （二）反应原理及特点 1.反应热力学 （三）工艺参数的确定与优化 苯加氢制环己烷的反应是一个放热的、体积减小的可逆反应，因此，低温和高压对该反应是有利的。 但温度不能太低，分子不能很好活化、反应速率较慢。 例如：天然气的蒸汽转化反应 是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平衡转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于800-850℃。 （三）工艺参数的确定与优化 2.反应动力学 前人在进行苯气相加氢反应动力学的研究时，并没有意识到催化剂颗粒可能并非完全处于气相状态，而是简单地认为当反应物为气相时得到的动力学就是气相反应动力学。从理论上讲，这种观点确实存在不足，但从工业应用角度出发，它仍具有一定意义。 （三）工艺参数的确定与优化 2.反应动力学 反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递（外扩散过程）； 反应组分从催化剂外表面向催化剂内表面传递（内扩散过程）； 反应组分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附过程）； 在催化剂表面上进行化学反应（表面反应过程）； 反应产物在催化剂表面上脱附（脱附过程）； 反应产物从催化剂内表面向催化剂外表面传递（内扩散过程）； 反应产物从催化剂外表面向流体主体传递（外扩散过程）。 一般而言，气固相催化反应过程经历以下七个步骤，如右图所示。 补充：活性中心 由于化学吸附只能发生于固体表面那些能与气相分子起反应的原子上，通常把该类原子称为活性中心，用符号“σ”表示。 （三）工艺参数的确定与优化 2.反应动力学 由此可见，气固相催化反应过程是个多步骤过程。整个反应速率取决于最慢的一步，该步骤就称为速率控制步骤。当反应过程达到定态时，各步骤的速率应该相等，且反应过程的速率等于控制步骤的速