固定床反应器

4.2.3 固定床反应器的常见结构

固定床反应器的结构型式主要分为绝热式和换热式两类，以适应不同的传热要求和传热方式。

1.绝热式固定床反应器

1.1单段绝热式

绝热式固定床反应器甲醇氧化的薄层反应器

1-矿渣棉2-瓷环3-催化剂 1-催化剂 2-冷却器

特点：反应器结构简单，生产能力大。

缺点：反应过程中温度变化较大。

应用：适用于反应热效应不大的放热反应，反应过程允许温度有较宽变动范围的反应；热效应较大的，但对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程也可适用。

1.2多段绝热床

多段绝热式固定床反应器

(a)、(b)、(c)中间换热式；(d)、(e)冷激式

根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为中间间接换热式和冷激式。

中间间接换热式

特点：催化剂床层的温度波动小。

缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难

应用：适用于放热反应

冷激式

特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。

缺点：操作要求较高

应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器

2、换热式固定床反应器

按换热介质不同，可分为对外换热式固定床反应器和自热式固定床反应器。

2.1、对外换热式固定床反应器

以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为列管式结构，类似于列管式换热器。

列管式固定床反应器

特点：传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层温度，反应速率快，选择性高。

缺点：结构较复杂，设备费用高。

应用：能适用于热效应大的反应。

载热体的选择：一般反应温度在240℃以下宜采用加压热水作载热体；反应温度在250℃～300℃可采用挥发性低的导热油作载热体；反应温度在300℃的则需用熔盐作载热体，如KNO353%，NaNO37%，NaNO240%的

混合物。

加压热水作载热体的反应装置。

以加压热水作载热体的固定床反应装置示意图

1-列管上花板；2-反应列管；3-膨胀圈；4-汽水分离器；5-加压热水泵

用有机载热体带走反应热的反应装置。反应器外设置载热体冷却器，利用载热体移出的反应热副产中压蒸汽。

以道生油作载热体的固定床反应装置示意图

1-列管上花板；2、3-折流板；4-反应列管；5-折流板固定棒；6-人孔；7-列管下花板；8-载热体冷却器以熔盐作载热体冷却装置在器内的反应装置。

以熔盐为载热体的反应装置示意图

1-原料气进口；2-上头盖；3-催化剂列管；4-下头盖；

5-反应气出口；6-搅拌器；7-笼式冷却器

2.2自热式固定床反应器

如图是三套管并流式催化床的气体温度分布和操作状况图。

三套管并流式冷管催化床温度分布及操作状况

特点：反应床层中温度接近最佳温度曲线、反应过程中热量自给。

缺点：结构复杂，造价高，催化剂装载系数较大。

应用：只适用于较易维持一定温度分布的热效应不大的放热反应，能适用于高压反应。

2.3其他型式固定床反应器

气固相固定床催化反应器除以上几种主要型式外，近年来又发展了径向反应器。按照反应气体在催化床中的流动方向，固定床反应器可分为轴向流动与径向流动。轴向流动反应器中气体流向与反应器的轴平行，而径向流动催化床中气体在垂直于反应器轴的各个横截面上沿半径方向流动，如图所示

径向固定床催化反应器示意图

径向流动催化床的气体流道短，流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。径向流动反应器的设计关键是合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等，对分布流道的制造要求较高，且要求催化剂有较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的均匀分布。