新型气固流化床反应器及其在石油化工过程中应用.pdfVIP

石 油 化 工 2008年第37卷增刊 P】BTROCHE~ⅡCALTECHNOLoGY ·55· 新型气固流化床反应器及其在石油化工 过程中的应用 魏 飞，罗国华，王 壶，骞伟忠，金 涌 (清华大学化工系绿色反应工程与工艺北京市重点实验室，北京100084) [关键词]多相催化；流化床；反应器 [中图分类号]TQ051．13[文献标识码]A 近年来我国化学工业达到了5．3万亿元产值， 中的传递问题及颗粒处理问题。 并以30％的速率增长，带来对能源、资源及环境的 相对于固定床，流化床中的颗粒对流传热会使 多重压力。化工过程技术中70％以上是与颗粒一 其传热能力提高3～6个数量级，从而使床内温度、 流体处理相关的，如何利用新型的流化床技术去解 浓度均匀，但也造成了床内返混严重。对于化工过 决这些问题成为化学工程特别是反应工程研究的 程中大量以中间产物为目的产物的过程会带来收 重要课题，而利用流化床技术解决目前石油化工、 率下降，而对于要求转化率高的过程则会使反应器 煤化工催化过程中的核心技术日益受到大家莺视。 的效率大幅度下降。解决该问题的方法是采用多 自1938年麻省理工学院利用流化床反应-再生装层多段流化床，并可实现段间的气固级间逆流、并 置实现催化裂化过程从而诞生石油化工以来，气固 流、顺流接触及级间变温、变压操作，从而使反应器 流化床技术由于具有床内传热、传质好，处理通量 的效率大大提高。这其中一个核心的学术问题是 大、易大型化及可实现固体的在线移入、移出等多 稀相的气固两相流通过浓相的两相流时的流动特 相反应器要求，在化工、能源、材料制备、制药、食品 征及气固分配问题。通过对流化床中流型转变、内 等行业中得到了广泛的应用，成为多相流反应器的 构件对流动、传递的影响及床内相结构、混合行为 重点研究领域。 的分析，使得对湍动流化床中的流动及传递行为有 本文以清华大学绿色反应工程与工艺北京市 了更深入的认识，并结合间苯二腈、苯胺及乙炔法 重点实验室近年来在石油化工、煤化工及纳米材料 氯乙烯生产，实现了多层流化床在上述工艺中的工 制备领域利用新型流化床反应器所进行的一些研 业中试及工业生产。流化床反应器中对硝基苯加 究工作为基础，介绍了多层构件湍动流化床、气固 氢制苯胺过程的转化率可达99．99％。 并流下行床及纳米聚团床等几种新型的气固流化 2气固并流下行床反应器 床反应器在催化过程中的应用。 以往的流化床反应器均为逆霞力场的气固并 1 多层构件湍动流化床反应器 流向上流动(如提升管)，这是催化裂化的主要反应 气固湍动流化床反应器具有催化剂浓度高、处 器形式；还有一种形式为气固并流向下流动(称为 理能量大、床内传递行为好的特点，广泛应用于催 下行床)，它与提升管的首要差别表现在流动方向 化裂化、灵活焦化、煤燃烧、丙烯腈、乙炔法醋酸乙 的逆重力场与顺重力场，由于这种差别，造成床内 烯、氧氯化法制氯乙烯、苯胺等过程中。对于这些 颗粒团聚行为的截然不同：提升管近壁处颗粒大量 强放热及强吸热的湍动流化床反应器，床内传递行 团聚、浓度高、返混大、流动不均匀，并可能形成沿 为同样会引起反应器效率极大的变化，对于有些强 边壁向下的颗粒流动；而下行床内由于顺重力