变换反应器技术进展
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变换 气 进入 轴径 向变换 反 应器 后 ，沿 着 筒 体
传 统 的变 换反 应器 为 轴 向变 换 反应 器 。轴 向
变换 反 应器 是 工业 中应用 最 早 、 广泛 、 最成 熟 最 也
和 内件边 缘 分 布 ，绝大 部 分气 体 均匀 的沿着 外 分 布器 径 向穿 过催 化 剂床 层 ．最 后 汇集 于 中心管 送
收 稿 日期 ：０ １ １ — ６ ２ １－ ０ ２ 。 作 者 简介 ： 田 ，
单段 绝 热 床不 能 适 应要 求 ， 可 采用 多 段绝 热 床 。 则
图 １ 可 逆放 热 单 反应 三段 间接 换 热式 的 操作 状 是 况 ，因此 在转 化 率一 温度 图上 有平 衡 曲线 和最 佳
化碳 ［。因此 。 １ 】 一氧 化 碳 变换 既是 原料 气 的净 化 过
图 １ 单 一 司逆放 热反 应 三 段 Ｉ 换 热 式 操 作 状 况 司接
气 体 通 过 绝 热 固定 床 反 应 器 时 要 产 生 压 力
程， 又是 原料 气制 造 的继续 过程 。
变 换 反应 属 强 放热 反应 ．且 是一 个 热 力 学控
田 旭 ， 志斌 ， 曹 汪旭 红
（ 天 长 征 化 学 工 程 股 份 有 限公 司兰 州 分 公 司 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） 航 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 合 成 氨变 换 装 置 中 使 用 的几 种 变 换 反 应 器 进 行 了分 析 和 比较 ． 述 绝 热 固 定 床 反 应 器 压 力 降 产 生 对 论 的原 因及 影 响 因素 ， 析 轴径 向变 换 反 应 器 较 之 于轴 向变 换 反 应 器 的优 势 。由于 等 温 变 换 反 应 器 自身 的 优 点 ， 分 在
２ １ 年 ２月 ０２
第３ ５卷第 １ 期
Ｌ ｒｅ Ｓ Ｍｅ Ｎ ｔ ｇ ｎ ｕ ｅ ｔ ｉｅ ｄ ｓｒ ａ ｇ ｃ ｉ ｏ ｅ ｏ ｓ Ｆ ｒｉ ｚ ｒＩ ｕ ｔ ｒ ｌ ｎ ｙ
厄 舷
Ｆ ｂ２ １ ｅ ．０ ２ Ｖｏ ．５ Ｎ ． １ ｏ１ ３
变换反应器 技术进展
是 由于床 层 的特 性 。 如床 层 的高 度 和 流通 截 面积 、 床 层 的空 隙率 、 颗粒 的物理 特 性 （ 括粒 度 、 包 形状 、
表 面粗 糙度 等 ） 对 于变 换装 置来 说 ， 。 在气 体组 分
和催 化 剂 都 不变 的条件 下 。影 响床 层 压力 降 的因 素 主要 在 于床层 本身 。也 就是 说 ， 采用 轴 向反应 器 还 是轴 径 向反应 器 ，会 影 响 到 整个 变换 装 置 的 压
度 、 度 等 物理 性 质 和气 体 的质 量 流率 ； 密 另一 方 面
பைடு நூலகம்
制 的过 程 。工 业 上 变换 装 置 多采 用 绝热 固定 床反 应器 。绝 热 固定 床 反应 器 是化 学 工业 和 石 油化 工
中应用 最 广 泛 的核 心装 置 ，变换 装 置 中 的轴 向反
应器 和 轴径 向反 应器 都属 于此类 。
温度 曲线 。变换 工 艺在 流 程设 置 上 的基 本 原 理类
旭 ， ，９ ４年 出生 ， 程 师 ，０ ８年 毕 业 于 天 男 １８ 工 ２０
津 大 学 工 业 催 化 专 业 ， 士 ， 事 煤 化 工 工 程 设计 工 作 。 系 电话 ： 硕 从 联
Ｏ １ ６ ２１ ９； ｍ￣ｌ ｔ ｎ ｕ２ ｏ ＠ｈ ｔ ９３ —２ ６ ２ Ｅ－ ：ｉ ｘ ．０ ８ ｏｍｍ１ｃ ｍ。 ａ ．ｏ
今 后 将 有 极 好 的应 用 前 景 。 关 键 词 ： 换反 应 器 变 轴向 轴径 向 等 温
合 成 氨生 产需 要 的原 料 气是 Ｈ 和 Ｎ ， 粗煤 ：而 气 中含 有 大量 的 Ｃ 某 种 粉煤 加 压 气化 工 艺 制得 Ｏ， 的 粗煤 气 中干 基 Ｃ Ｏ含量 高 达 ７ ％ ，需 要将 其 与 ０
降， 主要来 自两方 面 ： 由于颗粒 的粘滞拽力 ， ① 即 气体与颗粒表面间的摩擦 ；② 由于气体流动过程
中孔道 截 面 积 突然 扩 大 和收 缩 ，以及气 体 对 颗 粒 的撞 击 及气体 的再分 布而 产生 。在 低流 速 时 ， 力 压 降主要 是 由于 表面 摩 擦 而产 生 。在 高 流速 及 薄 床 层 中流 动 时 ， 大 、 扩 收缩则 起着 主要 作 用 。 影 响 绝 热 固定 床反 应 器压 力 降 的 因素 有 两 方 面 ：一 方 面是 由于 气体 本 身 的 特性 。如气 体 的黏
似 于此 图 ， 采用 多 段 绝热 床 反应 、 均 多次 换 热 的方
１ ４
怠 舷
２ 年第５ ０ １ ３ ２ 卷
力降。
２ 轴 向变 换 反应器
径 向反应 器设 计 已经实 现 国产 化 。轴 径 向反 应 器 在 新建 项 目上 的应 用 也越来 越 多 。
３１ 轴径 向变 换反 应器 的特 点 ．
１ 绝热 固定 床反 应器
绝 热 固定 床 反 应器 如 不考 虑 热损 失 ，则 近 似
认 为与 外 界不 换 热 ， 于 可逆 放 热反 应 ， 靠 本 身 对 依 放 出 的反 应热 而 使 反应 气 体温 度 逐 步升 高 。催 化 剂 床 层 入 口气 体 温 度 高 于 催 化 剂 的 起 始 活 性 温 度 ， 出 口气体 温 度低 于催 化剂 的耐 热温 度 。对 于 而 绝 热温 升 较小 的反 应 ， 可用 单 段 绝热 催 化 床 ． 如果
Ｈ ｏ反应 转 化成 Ｈ 和 Ｃ ２ Ｏ 。一 氧化 碳变 换 是 粗煤
式。
气 借助 于 催 化剂 的作用 ， 在一 定 温度 下 ， 变 换反 在 应 器 中与 水蒸 气 反 应 ，生 成二 氧化 碳 和氢 气 的工 艺过 程 。通过 变换 反应 既 除去 了一 氧化碳 ． 又得 到 了制 合 成 氨 的原 料 气氢 和 尿 素加 工 的原 料 气二 氧
传 统 的变 换反 应器 为 轴 向变 换 反应 器 。轴 向
变换 反 应器 是 工业 中应用 最 早 、 广泛 、 最成 熟 最 也
和 内件边 缘 分 布 ，绝大 部 分气 体 均匀 的沿着 外 分 布器 径 向穿 过催 化 剂床 层 ．最 后 汇集 于 中心管 送
收 稿 日期 ：０ １ １ — ６ ２ １－ ０ ２ 。 作 者 简介 ： 田 ，
单段 绝 热 床不 能 适 应要 求 ， 可 采用 多 段绝 热 床 。 则
图 １ 可 逆放 热 单 反应 三段 间接 换 热式 的 操作 状 是 况 ，因此 在转 化 率一 温度 图上 有平 衡 曲线 和最 佳
化碳 ［。因此 。 １ 】 一氧 化 碳 变换 既是 原料 气 的净 化 过
图 １ 单 一 司逆放 热反 应 三 段 Ｉ 换 热 式 操 作 状 况 司接
气 体 通 过 绝 热 固定 床 反 应 器 时 要 产 生 压 力
程， 又是 原料 气制 造 的继续 过程 。
变 换 反应 属 强 放热 反应 ．且 是一 个 热 力 学控
田 旭 ， 志斌 ， 曹 汪旭 红
（ 天 长 征 化 学 工 程 股 份 有 限公 司兰 州 分 公 司 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） 航 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 合 成 氨变 换 装 置 中 使 用 的几 种 变 换 反 应 器 进 行 了分 析 和 比较 ． 述 绝 热 固 定 床 反 应 器 压 力 降 产 生 对 论 的原 因及 影 响 因素 ， 析 轴径 向变 换 反 应 器 较 之 于轴 向变 换 反 应 器 的优 势 。由于 等 温 变 换 反 应 器 自身 的 优 点 ， 分 在
２ １ 年 ２月 ０２
第３ ５卷第 １ 期
Ｌ ｒｅ Ｓ Ｍｅ Ｎ ｔ ｇ ｎ ｕ ｅ ｔ ｉｅ ｄ ｓｒ ａ ｇ ｃ ｉ ｏ ｅ ｏ ｓ Ｆ ｒｉ ｚ ｒＩ ｕ ｔ ｒ ｌ ｎ ｙ
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Ｆ ｂ２ １ ｅ ．０ ２ Ｖｏ ．５ Ｎ ． １ ｏ１ ３
变换反应器 技术进展
是 由于床 层 的特 性 。 如床 层 的高 度 和 流通 截 面积 、 床 层 的空 隙率 、 颗粒 的物理 特 性 （ 括粒 度 、 包 形状 、
表 面粗 糙度 等 ） 对 于变 换装 置来 说 ， 。 在气 体组 分
和催 化 剂 都 不变 的条件 下 。影 响床 层 压力 降 的因 素 主要 在 于床层 本身 。也 就是 说 ， 采用 轴 向反应 器 还 是轴 径 向反应 器 ，会 影 响 到 整个 变换 装 置 的 压
度 、 度 等 物理 性 质 和气 体 的质 量 流率 ； 密 另一 方 面
பைடு நூலகம்
制 的过 程 。工 业 上 变换 装 置 多采 用 绝热 固定 床反 应器 。绝 热 固定 床 反应 器 是化 学 工业 和 石 油化 工
中应用 最 广 泛 的核 心装 置 ，变换 装 置 中 的轴 向反
应器 和 轴径 向反 应器 都属 于此类 。
温度 曲线 。变换 工 艺在 流 程设 置 上 的基 本 原 理类
旭 ， ，９ ４年 出生 ， 程 师 ，０ ８年 毕 业 于 天 男 １８ 工 ２０
津 大 学 工 业 催 化 专 业 ， 士 ， 事 煤 化 工 工 程 设计 工 作 。 系 电话 ： 硕 从 联
Ｏ １ ６ ２１ ９； ｍ￣ｌ ｔ ｎ ｕ２ ｏ ＠ｈ ｔ ９３ —２ ６ ２ Ｅ－ ：ｉ ｘ ．０ ８ ｏｍｍ１ｃ ｍ。 ａ ．ｏ
今 后 将 有 极 好 的应 用 前 景 。 关 键 词 ： 换反 应 器 变 轴向 轴径 向 等 温
合 成 氨生 产需 要 的原 料 气是 Ｈ 和 Ｎ ， 粗煤 ：而 气 中含 有 大量 的 Ｃ 某 种 粉煤 加 压 气化 工 艺 制得 Ｏ， 的 粗煤 气 中干 基 Ｃ Ｏ含量 高 达 ７ ％ ，需 要将 其 与 ０
降， 主要来 自两方 面 ： 由于颗粒 的粘滞拽力 ， ① 即 气体与颗粒表面间的摩擦 ；② 由于气体流动过程
中孔道 截 面 积 突然 扩 大 和收 缩 ，以及气 体 对 颗 粒 的撞 击 及气体 的再分 布而 产生 。在 低流 速 时 ， 力 压 降主要 是 由于 表面 摩 擦 而产 生 。在 高 流速 及 薄 床 层 中流 动 时 ， 大 、 扩 收缩则 起着 主要 作 用 。 影 响 绝 热 固定 床反 应 器压 力 降 的 因素 有 两 方 面 ：一 方 面是 由于 气体 本 身 的 特性 。如气 体 的黏
似 于此 图 ， 采用 多 段 绝热 床 反应 、 均 多次 换 热 的方
１ ４
怠 舷
２ 年第５ ０ １ ３ ２ 卷
力降。
２ 轴 向变 换 反应器
径 向反应 器设 计 已经实 现 国产 化 。轴 径 向反 应 器 在 新建 项 目上 的应 用 也越来 越 多 。
３１ 轴径 向变 换反 应器 的特 点 ．
１ 绝热 固定 床反 应器
绝 热 固定 床 反 应器 如 不考 虑 热损 失 ，则 近 似
认 为与 外 界不 换 热 ， 于 可逆 放 热反 应 ， 靠 本 身 对 依 放 出 的反 应热 而 使 反应 气 体温 度 逐 步升 高 。催 化 剂 床 层 入 口气 体 温 度 高 于 催 化 剂 的 起 始 活 性 温 度 ， 出 口气体 温 度低 于催 化剂 的耐 热温 度 。对 于 而 绝 热温 升 较小 的反 应 ， 可用 单 段 绝热 催 化 床 ． 如果
Ｈ ｏ反应 转 化成 Ｈ 和 Ｃ ２ Ｏ 。一 氧化 碳变 换 是 粗煤
式。
气 借助 于 催 化剂 的作用 ， 在一 定 温度 下 ， 变 换反 在 应 器 中与 水蒸 气 反 应 ，生 成二 氧化 碳 和氢 气 的工 艺过 程 。通过 变换 反应 既 除去 了一 氧化碳 ． 又得 到 了制 合 成 氨 的原 料 气氢 和 尿 素加 工 的原 料 气二 氧