流化床反应器的设计

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1、一、前言1.1甲醇制烯烃介绍乙烯和丙烯是现代化学工业的重要基础原料现有低碳烯烃生产技术严重依赖石油资源，其中乙烯主要来源于石脑油蒸汽裂解，而丙烯则主要来源于石脑油裂解副产和炼油厂催化裂解副产由于石油资源的有限性和昂贵的价格，世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯等低碳烯烃的技术开发，其中以天然气或煤为原料经甲醇制取低碳烯烃技术逐渐成为研究开发的热点甲醇制烃类（MTH）过程的研究已有30年，根据最终产品种类分为MTO工艺和MTP工艺。流化床反应器比较适用于强烈放热、催化剂易于失活的甲醇制烯烃反应过程。在

2、流化床反应器中工业催化剂除具有良好的活性、产品选择性和稳定性外，还必须满足一定的粒度分布要求并具有良好的流化性能和耐磨性。Keil对固定床和流化床反应器进行了对比分析，认为在甲醇转化制烃类反应中流化床与固定床相比，由于甲醇制烯烃反应属于强放热反应，流化床反应器的传质、传热效果好，升温降温时温度分布稳定，催化剂可以连续再生，反应器单位产能大，单位投资低、在MTO反应过程中适宜采用流化床反应器形式更具优势。Bos从反应动力学的角度比较了常见的反应器形式，认为在甲醇制烯烃反应（MTO）中快速循环流化床和湍床是

3、较为适合生产乙烯的反应器。1.2生产方法我们采用的是以低级烯烃为主体的混合气体系。甲醇制低碳烯烃的反应产物大致有CH3OH、H2O、CH3OCH3、H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H8、C4H10和C5及以上组分，反应体系相当复杂，存在着多个副反应。而在化学反应中，催化剂只能改变达到(或接近)平衡状态所需要的时间。不能改变平衡状态的组成。基于催化剂的这一特性，为了使计算简化，更好地讨论目标产物的平衡组成．在对计算结果影响不大的前提下，提出如下假设：Ø1、二甲醚作为

4、中间产物能够迅速转化生成烃，体系中二甲醚浓度可近似认为是零；Ø2、20因反应器中，压力接近常压，温度比较高，故反应混合物按照理想气体处理；Ø3、在MTO研究初期，主要以ZSM-5为催化剂时，产物中C5及以上组分的含量是不容忽视的，然而目前SAPO-34已成为公认的MTO催化剂，以SAPO-34为催化剂时，因SAPO-34孔径较小，产物中C5及以上组分含量很少，所以忽略不计，可认为烃类产物为C1~C5的低碳烃；4、甲醇氧化制乙炔和丙炔的合适反应温度为650～700K,水/醇摩尔比为1.0，而MTO反应中，

5、反应温度为670～770K，且含有水，所以反应体系生产的乙炔、丙炔量极少，极少的乙炔、丙炔又与H2生成烷烃，因此体系中乙炔、丙炔浓度可近似认为是零；5、反应中，生成的醛酮等氧化物极少，因此也忽略不计；6、在合成工段，由于选择了含水5%的甲醇进料，一定程度上能减少焦炭的生成，反应物中水的作用之一是稀释了进料，减少了焦炭前驱物的浓度，即一定程度上有利于催化剂寿命的延长，之二是由于水与焦炭前驱物在酸性位的吸附上有一个竞争关系，因此会减少焦炭前驱物进一步生成焦炭的可能性，一定程度提高低级烯烃选择性。所以无焦炭的

6、产生。通过上述假设，甲醇制低碳烯烃反应体系可近似由CH3OH、H2O、CH3OCH3、H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H8、C4H10和C5等13种组分组成，反应器出口由CH3OH、H2O、H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H8、C4H10和C5等12种组分组成。二流化床设计2.1操作工艺参数反应温度为：450℃反应压力为：0.12MPa(绝压)操作空速为：1~5h-1年工作8000小时MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34

7、20催化剂粒径范围为：30～80μm催化剂平均粒径为60μm催化剂颗粒密度为1500kg/m3催化剂装填密度为750kg/m3催化性能：乙烯收率，67.1wt%；丙烯收率，22.4wt%；总收率，89.5wt%。水醇质量比为0.2甲醇在450℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3μPa.s甲醇450℃下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%，甲醇的用量=烯烃质量×（32/14）/0.895烯烃的生产要求是35000t/a，甲醇的

8、量为89385t/a。2.2物料衡算及热量衡算甲醇制烯烃反应如下：主反应：(1)2CH3OH=C2H4+2H2OΔH=－23.1KJ/mol(2)3CH3OH=C3H6+3H2OΔH=－92.9KJ/mol(3)4CH3OH=C4H8+4H2OΔH=-150.0KJ/mol本设计中的副反应：(4)CH3OH=CO+2H2ΔH=－102.5KJ/mol(5)CO+H20=CO2+H2ΔH=－37.9KJ/mol(6)CH3OH+H2=CH4+