11 第7章 反应器形式的选择PPT课件

5）为了提高进催化剂层的气体温度，需要有较大的换
热器的传热面积。
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（3）多段绝热段间间接换热式内件
不是采用冷管形式降低反应气体的温度，也 不是采用冷气体冷激的方式降温，而是气体 穿过催化剂绝热层反应，反应后气体不是通 过冷激方式，而是利用未经反应的冷气体在 间接换热器中间接冷却分段反应气体，以使 反应接近最适宜温度曲线。
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2) 阻力降较大。由于冷管占据了部分床层截面，
使气体通过床层的截面积减小，故阻力较大，循 环机的电耗比较高。
3) 设备结构复杂。维修及装卸催化剂困难，埋于
催化剂床层之中的冷管与各部件焊接点较多，由 于在温度变化时会产生热应力，导致焊缝开裂。
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（2）多层绝热冷激式内件
优点： 结构简单、没有冷管效应、塔阻力降小。
化剂活性温度，其反应温度在200-400℃之间，中变催化剂
在280-400℃ ，低变催化剂为200-320 ℃
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（2）反应器选择分析
固体催化剂
气固催化反应
固定床？ 流化床？ 移动床？
•催化剂活性稳定无 很快失活现象
•不存在由于催化剂 颗粒较大而颗粒内 温度过高的现象
优先考虑 固定床反应器
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强放热 可逆
1）冷激使已反应的气体中氨含量降低。
2）冷激气要求气体质量较高，以免催化剂中毒
3）分层装填，花板和分布器装拆比较困难，且催化剂
缺 的装卸也较困难，段数越多，就越困难。
点 4）为了减少冷激气的用量，应用未经预热的冷气进行
冷激，在出口氨净值相同的前提下，冷激式的出塔
气体温度必定低于其他塔型，故其热回收率较低。
它既发挥了冷激塔型的长处，又弥补了
冷管型氨净值低和循环量大的不足之处
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(b) JR型多段绝热间接换热式内件
河北省正元高效塔器开发公司
• 各段催化剂均作绝热反应，段 间采用列管式间接换热器进行 冷却。
• 一、二段间的上部热交换器可 以整体吊出，其管间冷气与经 主伐气体分流入塔。
• 二、三段间的中部热交换器固 定在筒体上，并与下部换热器 逆流串联。
催化剂筐全部采用轴向，分为四个绝 热反应床。内件无内冷装置，全部采 用段间冷激降温，内设冷激分布装置
由塔前予热器来的入塔气体经塔内底 部换热器予热，进入第一绝热床反应， 经第一冷激器降温后进入第二绝热床， 然后再经第二冷激器冷却降温，然后 依次直至出四段绝热床后入塔底部换 热器换热后出塔。合成塔有四条副线 调节各段温度。
第7章 化学反应器型式的选择
反应器型式选择和开发案例
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概述 General overview
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3 甲醇合成反应器
（1）反应特行分析
碳的氧化物与氢合成甲醇的反应式如下：
CO+ 2H2 CO2+3H2
CH3OH CH3OH+H2O
在常温常压下不会发生
使用催化剂
在高温高压下也不会反应。
触媒
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甲醇合成催化剂
1) 锌-铬系Zn-Cr
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(b) 多段原料气冷激式
变换气
Ⅰ
原料气
Ⅱ
Ⅲ
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(c) 多段水冷激式
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曲阳田园化工--变换工段装置 9
2 氨合成反应器
（1）化学反应及其反应条件
3H2N2 42C0-a4t5 0 2N 3 H
热效应
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压力和温度的影响
图 1.30
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(2) 反应器型式选择
1、固体催化剂，不存在失活 和催化剂颗粒内过热问题
随着反应的进 行，反应温度 升高，平衡转 化率降低
移走 热量
连续换热？ 段间换热？
催化活性温度 200-400℃
压力：0.8MPa
压力不是
太高 多段绝热床 +
段间换热
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（3）各种反应器型式
(a) 多段原料气间接换热式
变换气
Ⅰ
原料气
Ⅱ
Ⅲ
AB：一段操作曲线 BC：一二段间等变换率降温 CD：二段操作曲线 DE: 二三段间等变换率降温 EF：三段转化率 F点：出口CO含量
2、可逆放热反应，反应热及 时移走
3、温度：400-500 ℃
温度高
4、操作压强15-33MPa 压力高
固定床反应 器，换热式
材质问题， 结构解决
段间换热，在 反应器壁开孔 接管不好
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连续换热—自热式固定床反应器
催
化 剂
外壳承压 低温
自
内件高温
热
换
不承压
热
器
反应器结构示意图
催化床内气体流动
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双套管并流
三套管并流
单管逆流
单管并流
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（3）催化剂筐分类
按反应热移走的方式可将催化剂筐分为内冷式、 冷激式和段间换热式三种基本类型。
（1）内冷式
1) 具有冷管效应。在升温还原过程中，冷管
周围的催化剂温度不易提高而使其还原不彻底。 在催化剂生产后期，由于绝热段催化剂的衰老 中毒，催化剂筐的操作工况完全改变了，热点 下移相当快。造成氨净值低，触媒使用周期短。
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（4）各种反应器内件
（a) ⅢJ-99型内件 湖南省安淳节能技术有限公司
在催化剂床层内设置上绝热层、中绝热 层、内冷层和下绝热层共四段催化剂层， 前三段为轴向层，而第四段为径向层。 在前二段的上绝热层和中绝热层之间用 冷激气降温。第三段的内冷层中冷管采 用直形冷管束，冷管束可自由取出，与 内件筒体无焊接点，可以随温度变化而 自由伸缩。
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1 一氧化碳变换反应器
（1）化学反应及其反应条件
CO+H2O
热效应
H2+CO2+Q
温度/℃ 25
⊿H298,R （ kJ/mol）
-41.2
200 250 -40.1 -39.7
300 -39.3
350 -38.8
400 -38.3
450 -37.8
500 -3பைடு நூலகம்.3
该反应需要在催化剂存在下进行，依据目前开发的催
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(C) 内冷-一绝热复合型氨合成塔内件
浙江工学院机械厂
• 由内冷-绝热复合式催化剂筐 和螺旋板式换热器构成，
• 催化剂筐的上中部催化剂床层 内设置了可自由伸缩和单体装 拆的冷管胆，下部催化剂层为 绝热层，并取消了上绝热层， 换热器采用螺旋板式。
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(d) YD型冷激式氨合成塔内件
贵州远明化工节能研究所 借鉴国外Kellogg轴向四段冷激式