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HDA过程 HDA过程 应结合化学反应特点和不同反应器的性能进行比较来决定。 简单反应：比较生产能力 复合反应：比较反应选择性 简单反应（无副反应：无产品分布问题） 定义：单位时间、单位体积反应器所能得到的产无量（越多越好），或给定生产任务所需反应器体积（越小越好） 复合反应（平行反应、连串反应） 定义：反应器型式与操作方式的优化选择以产物收率为目标 讨论： 初期设计，某些决策的设计准则 如果各反应在不同的温度和压力下进行，和/或需要不同的催化剂是，则每一种操作条件需要一个单独的反应器系统。 具有相邻沸点的组分循环到统一反应器时，他们应该在同一物流中循环。 如果需要某种过量的反应物，则有一最佳的进料比。 若改变反应器的温度、压力、摩尔比来转移平衡转化率，要进行经济性评价，确定最佳值。 对于放热反应，如果绝热温升低于进口温度的10%-15%，可考虑采用绝热反应器。 最贵的反应物（或最重的反应物）通常都是有限的反应物。 如果一个可逆副产物的平衡常数小，则循环该可逆副产物。 工业反应器实例 多管等温反应器 讨论： 要使反应器达到等温，沿反应器的反应管传热速率的改变，必须与反应所需要吸收热量的递减速率的改变同步。 一般情况下，出口温度可能比进口温度高出几十度(传递给催化剂床层的热量，大于反应时需要吸收的热量。 在反应初期, 温度比较低有利:有利于抑制活化能比较高的裂解和水蒸气转化等副反应的进行。 接近反应器的出口，温度比较高有利:提高反应温度，不仅可以增大反应速度常数，也可以提高反应的推动力，从而加快脱氢反应速度，使乙苯能达到比较高的转化率。但是温度过高，结焦速度加快，使催化剂的活性迅速下降，所以反应器出口温度不宜过高。因此多管等温反应器正能满足这个要求，出口温度只比进口温度高几十度。 通常采用的等温反应器脱氢，乙苯转化率可达到40～45%，苯乙烯的选择性可达到92～95%。 优点：水蒸气的消耗量约为绝热式反应器的50%，乙苯转化率高，苯乙烯的选择性高。 缺点：等温反应器结构复杂，而且需要大量的特殊合金钢材，反应器制造费用高，因此，大规模的生产装置，都采用绝热型反应器。 讨论： 由于脱氢反应需要吸收大量的热量，所以反应器的进口温度必然比出口温度高。 单段绝热反应器的进出口温度差可以达到65℃ 。 这样的温度分布对于脱氢反应速度和反应选择性都会产生不利的影响。由于脱氢反应器进口处乙苯浓度最高，温度高就有比较多的平行副反应发生，从而使选择性下降。脱氢反应器出口温度低，对平衡不利，使反应速度减慢，限制了转化率的提高，所以单段绝热反应器脱氢，不仅转化率比较低（35～40%），选择性也比较低（约90%）。 优点：结构简单，设备造价低, 工艺流程简单，生产能力大； 缺点：反应器进出口温差大，转化率比较低（35～40%），选择性也比较低（约90%），过热水蒸气用量大。 多段式绝热反应器，过热水蒸气分段进入反应器 采用二段绝热反应器 第一段使用高选择性催化剂，以减少副反应，提高选择性。 第二段使用高活性催化剂，以克服温度下降带来反应速度下降的不利影响。 结果乙苯转化率可以提高到64.2%，选择性达到91.9%，水蒸气消耗量由单段的6.6 t/t苯乙烯，降低到4.5 t/t苯乙烯，生产成本降低16%。 采用多段径向绝热反应器 使用小颗粒催化剂不仅可以提高选择性，也可以提高反应速度。但是使用小颗粒催化剂，反应器床层阻力增加，操作压力要相应提高。操作压力的提高，又会使转化率下降，为了解决这个矛盾，开发了径向绝热反应器脱氢技术。 反应器制造费用比等温反应器便宜，水蒸气的用量比一段绝热反应器的用量要少，温差也小，乙苯转化率可达到60%以上，选择性也比较高。 反应条件及流程： 循环乙苯和新鲜的乙苯与部分水蒸气混合（这部分水蒸气约占总加入水蒸气量的10%左右）； 与高温脱氢产物进行热交换，温度升到520～550℃，再与过热水蒸气混合（这部分水蒸气的量占总加入水蒸气量的90%左右） 脱氢反应，脱氢产物离开反应器时的温度为585℃左右，经热交换，再进一步冷凝冷却，凝液分出水后，进入粗苯乙烯贮槽，尾气含氢气90%左右，可以作为燃料用，也可以用来制氢气。 绝热反应器 反应器的改进 *过程开发研究所 2013.7.21 流程图的循环结构 1 2 3 4 5 确定循环结构的决策 循环的物料衡算 反应器的热效应 平衡的限制 压缩机的设计和费用 反应器的设计 小结 6 7 反应系统的总数 循环物流的总数 如果各反应在不同的温度和压力下进行，和/或需要不同的催化剂是，则每一种操作条件需要一个单独的反应器系统。 具有相邻沸点的组分循环到统一反应器时，他们应该在同一物流中循环。 循环结构的决策 eg. eg. 相