径向流反应器发展及应用

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1、综述石油化工设备技术,2006,27(1)·56·Petro2ChemicalEquipmentTechnology径向流反应器的发展及应用刘文明,刘雪东(江苏工业学院机械工程系,江苏常州213016)摘要:径向流反应器具有压降小、空速大、可使用较小颗粒催化剂等优点,已在石油化工行业广泛应用。文章介绍了径向流反应器的结构特点,总结了其在工业生产中的应用,简要回顾了关于径向流反应器的理论研究进展,指出了径向流反应器今后研究及发展的方向。关键词:径向流反应器;工业应用;发展中图分类号:TE966文献标识码:B文章编号:100628805(2006)01200562

2、06径向流反应器是一种新型高效节能反应器。轴向流反应器不同,其流体流动有两种基本形式:随着化学工业的发展,在气2固催化反应中,越来П型流动和Z型流动,每一种流型又有向心流和越多地采用径向流反应器。离心流两种形式。若床层中流体离心流动,分流径向流反应器最基本的结构是由两个多孔的流道是中心管,集流流道是外围环隙;若床层中流同轴套筒组成,两套筒之间填充催化剂颗粒,气体体向心流动,分流流道是外围环隙,集流流道是中[1][2]穿过催化剂层径向流动。与传统的由上而下的心管。4种流型如图1所示。图1径向流反应器的4种流型示意理论和实践证明,与轴向流反应器相比,径向(3)可使

3、用小颗粒催化剂。由于阻力小,允[3]流反应器具有以下优点:许使用小颗粒催化剂,减少了粒内传递过程对宏(1)阻力小。由于气体径向流动,流过床层观反应速率的影响,提高催化剂粒内效率因子。的路径比轴向反应器短得多,通气截面积大,气体线速度小。在床层体积一定时,流体流过床层的收稿日期:2005207209。压降正比于流道距离L的2～3次方,因此径向作者简介:刘文明(1981-),男,江苏丰县人。2004年7月床层阻力很小。毕于江苏工业学院过程装备与控制工程专业。2005年9月(2)空速大。由于阻力小可以采用高空速操考取本院化工过程机械专业。是在校硕士研究生。作,且在高

4、空速下仍可达到较高的转化率,提高设基金项目:中国石油化工股份有限公司科技基金资助(合同备的生产能力。号:X504008)。第27卷第1期刘文明等.径向流反应器的发展及应用·57·化工中的许多反应,如氨合成反应,催化剂粒度对2径向流反应器的工业应用宏观反应速率影响很大,若从轴向流动反应器改2.1氨合成为径向流反应器,催化剂粒子可以从6～10mm氨合成塔是合成氨装置的关键设备,要求气减少到1.5～3.0mm,净氨值明显提高。体在催化剂床层内尽量均匀分布,能够充分利用[5]1径向流反应器的类型催化剂,床层压力降应尽量低。随着合成氨技随着研究的深入和技术的推广,径向流

5、反应术的不断发展,氨合成塔向单系列、大型化、节能器在化工生产中的作用越发突出,其结构形式也型方向发展。目前我国有大型合成氨装置30套,得到不断地丰富和发展。所使用的氨合成塔有5种类型,即凯洛格型从床层结构看,有固定床和移动床两种类型。(Kellogg)、托普索型(Topsoe)、伍德型(Uhde)、[6]固体催化剂颗粒填装于反应器中,形成催化剂床布朗型(Braun)、卡萨利型(Casale)。这些塔型层,当气体反应物通过反应器时,固体催化剂在重在使用和发展的过程中,都或多或少的采用或借力和气体冲击力下静止不动,气体只能从固体颗鉴了径向流动理论。粒之间的空隙通过

6、,此时的反应床层称为固定床1964年,丹麦托普索公司推出了S2100系列[7]反应器。固定床反应器仅适用于催化剂寿命较氨合成塔,开辟了大型径向流反应器之先河,它长、不易中毒失活的情况;当催化剂容易失活时,是一种径向流动激冷型氨合成塔,催化剂床层有催化剂要频繁地从反应器中取出再生,固定床反两床或三床等结构,每床层叠装在一起,中间有隔应器是不适宜的,这时应使用移动床反应器。移板挡死,换热器置于合成塔的下边,为多段段间直动床反应器中气体在床层中的移动与固定床基本接冷激型。它具有结构简单、运行可靠、流程短、相同,而催化剂颗粒不断地从反应器底部排出,经压降小等优点,但同

7、时也存在内件细长装拆不便、再生后重新回到反应器中,循环利用,实现了生产催化剂筐结构不完善和设备能耗偏高等不足。为[4]的连续化。早期的径向流反应器大多为固定床了解决这些问题,托普索公司对S2100型氨合成式,如氨合成、甲醇合成等均使用固定床,其结构塔进行了改造,并开发了S2200型多段段间间接相对简单,操作也较为方便。移动床反应器则出换热氨合成塔。S2200型由于将段间冷激改为间现较晚,主要应用在催化重整反应中。近年来,随接换热,避免了物料返混,进一步提高了氨净值。着移动床技术的发展,其结构形式也开始被其他该塔采用特殊双层圆筒喷嘴结构使流体在床层中化学反应器采

8、用。均布。我国大型合成氨厂改为S220