化学反应工程第九章气液固三相反应工程资料
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2019/7/22
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
2019/7/22
设备材质
加氢裂化三相滴流床反应器是加氢裂化装置 的核心设备，于高温高压临氢环境下操作，除抗 氢、氮腐蚀外，还需抗油料中硫与氢形成的硫化 氢的腐蚀，且内径大，对选用材料、加工制作及 其中气、液相流动均匀且与催化剂接触良好等方 面均有很高的要求。
2019/7/22
工业滴Biblioteka Baidu床反应器优点
气体在平推流条件下操作，液固比（或液体滞留量） 很小，可使均相反应的影响降至最低；
气-液向下操作的滴流床反应器不存在液泛问题； 滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。
2019/7/22
工业滴流床反应器缺点
在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布 不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热， 催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催化剂存在明显的内 扩散影响；
2019/7/22
2019/7/22
1—入口扩散器； 2—气液分离器； 3—去垢篮筐； 4—催化剂支持盘； 5—催化剂连通管； 6—急冷氢箱及再分配盘； 7—出口收集盘； 8—卸催化剂口； 9—急冷氢管
图（例9-1-1）热壁式加氢裂化反应器
（二）悬浮床气-液-固三相反应器
固体呈悬浮状态的悬浮床气-液-固三相反应器一般 使用细颗粒固体，有多种型式，例如:
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
2019/7/22
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点： 要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
2019/7/22
工业悬浮床反应器缺点
由于增加了液相，不可避免地增加了气体中反应组分 通过液相的扩散阻力；
2019/7/22
温度
加氢裂化是放热反应，温度升高可以提高反 应速率常数，但对加氢反应的化学平衡不利， 原料油越重，氮含量越高，反应温度要越高， 但过高的反应温度会增加催化剂表面的积炭。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
鼓泡淤浆床反应器有下列优点：
使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒内传质
及传热过程对反应转化率、收率及选择率的影响；
反应器内液体滞留量大，热容量大，并且淤浆床与换热
元件间的给热系数高，容易移走反应热，温度易控制， 床层可处于等温状态，在较低空速下可达到较高的出口 转化率，并且可以减少强放热多重反应在固定床内床层 温升对降低选择率的影响；
由于组分在液相中的扩散系数比在气体中的扩散系数 低许多倍，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重；
可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能飞温。
2019/7/22
实例
石油加工中催化加氢裂化三相滴流床反应器
石油加工中馏分油经过加氢裂化后油的氢碳 比上升，产品是轻质油品，如轻柴油、喷气燃料 和汽油。 催化剂
第九章 气-液-固三相反应工程
2019/7/22
第一节 气-液-固三相反应器的类型及基本特征 工业上按床层的性质分类: 固定床 悬浮床
2019/7/22
（一）固定床气-液-固三相反应器 固定床三相反应器：
滴流床或称涓流床反应器
图9-1 固定床气-液-固反应器类型 （a）并流向下；（b）逆流；（c）并流向上
机械搅拌悬浮式； 不带搅拌的悬浮床气-液-固反应器，以气体鼓泡搅拌，
又称为鼓泡淤浆反应器；
不带搅拌的气-液两相流体并流向上而颗粒不带出床外
的三相流化床反应器；
具有导流筒的三相环流反应器。
2019/7/22
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
颗粒悬浮的临界转速； 允许的极限气速。
2019/7/22
2. 鼓泡淤浆床三相反应器的特征 鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry
Reactor,简称BCSR）的基础是气-液鼓泡反应器， 即在其中加入固体，往往文献中将鼓泡淤浆床反 应器与气-液鼓泡反应器同时进行综述。
2019/7/22
加氢裂化使用双功能催化剂，由具有加氢功 能的金属和裂化功能的酸性载体两部分组成。有 些加氢裂化催化剂外形为φ1.6mm或φ3mm条状， 有些为φ6mm×φ4mm圆柱状。
2019/7/22
压力
提高反应压力可同时增加平衡转化率和提 高氢和油的浓度，从而提高反应速率，尤其对 于稠环芳烃和六元杂环氮化物的加氢，压力增 加 的 效 能 更 为 明 显 ， 目 前 一 般 选 用 压 力 10 ～ 20MPa，原料油越重，采用的压力越高。
通过剧烈搅拌，催化剂悬浮在液相中，气体和颗粒催 化剂充分接触，并使用细颗粒催化剂，可提高总体速率。
2019/7/22
该类反应器操作方便且运转费用低，工业上常用于油 脂加氢、有机物的氧化等过程，采用半间歇操作方式， 气相连续通入反应器，被加工的液相达到一定的转化率 后，停止反应并卸料。
对于机械搅拌悬浮反应器，要注意：
要考虑所采用的液相热载体对原在固定床中反应的气 体和固体催化剂是否具有不良的影响；
三相悬浮床反应器易于更换和补充失活的催化剂，但 又要求催化剂耐磨损。
2019/7/22
1. 机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器及特征
利用机械搅拌的方法使催化剂或固体颗粒保持悬浮状 态，它有较高的传质和传热系数，对于三相催化反应和 含高粘度的非牛顿型流体的反应系统尤为合适。
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
2019/7/22
设备材质
加氢裂化三相滴流床反应器是加氢裂化装置 的核心设备，于高温高压临氢环境下操作，除抗 氢、氮腐蚀外，还需抗油料中硫与氢形成的硫化 氢的腐蚀，且内径大，对选用材料、加工制作及 其中气、液相流动均匀且与催化剂接触良好等方 面均有很高的要求。
2019/7/22
工业滴Biblioteka Baidu床反应器优点
气体在平推流条件下操作，液固比（或液体滞留量） 很小，可使均相反应的影响降至最低；
气-液向下操作的滴流床反应器不存在液泛问题； 滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小。
2019/7/22
工业滴流床反应器缺点
在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布 不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热， 催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催化剂存在明显的内 扩散影响；
2019/7/22
2019/7/22
1—入口扩散器； 2—气液分离器； 3—去垢篮筐； 4—催化剂支持盘； 5—催化剂连通管； 6—急冷氢箱及再分配盘； 7—出口收集盘； 8—卸催化剂口； 9—急冷氢管
图（例9-1-1）热壁式加氢裂化反应器
（二）悬浮床气-液-固三相反应器
固体呈悬浮状态的悬浮床气-液-固三相反应器一般 使用细颗粒固体，有多种型式，例如:
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
2019/7/22
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点： 要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
2019/7/22
工业悬浮床反应器缺点
由于增加了液相，不可避免地增加了气体中反应组分 通过液相的扩散阻力；
2019/7/22
温度
加氢裂化是放热反应，温度升高可以提高反 应速率常数，但对加氢反应的化学平衡不利， 原料油越重，氮含量越高，反应温度要越高， 但过高的反应温度会增加催化剂表面的积炭。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
鼓泡淤浆床反应器有下列优点：
使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒内传质
及传热过程对反应转化率、收率及选择率的影响；
反应器内液体滞留量大，热容量大，并且淤浆床与换热
元件间的给热系数高，容易移走反应热，温度易控制， 床层可处于等温状态，在较低空速下可达到较高的出口 转化率，并且可以减少强放热多重反应在固定床内床层 温升对降低选择率的影响；
由于组分在液相中的扩散系数比在气体中的扩散系数 低许多倍，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重；
可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能飞温。
2019/7/22
实例
石油加工中催化加氢裂化三相滴流床反应器
石油加工中馏分油经过加氢裂化后油的氢碳 比上升，产品是轻质油品，如轻柴油、喷气燃料 和汽油。 催化剂
第九章 气-液-固三相反应工程
2019/7/22
第一节 气-液-固三相反应器的类型及基本特征 工业上按床层的性质分类: 固定床 悬浮床
2019/7/22
（一）固定床气-液-固三相反应器 固定床三相反应器：
滴流床或称涓流床反应器
图9-1 固定床气-液-固反应器类型 （a）并流向下；（b）逆流；（c）并流向上
机械搅拌悬浮式； 不带搅拌的悬浮床气-液-固反应器，以气体鼓泡搅拌，
又称为鼓泡淤浆反应器；
不带搅拌的气-液两相流体并流向上而颗粒不带出床外
的三相流化床反应器；
具有导流筒的三相环流反应器。
2019/7/22
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
颗粒悬浮的临界转速； 允许的极限气速。
2019/7/22
2. 鼓泡淤浆床三相反应器的特征 鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry
Reactor,简称BCSR）的基础是气-液鼓泡反应器， 即在其中加入固体，往往文献中将鼓泡淤浆床反 应器与气-液鼓泡反应器同时进行综述。
2019/7/22
加氢裂化使用双功能催化剂，由具有加氢功 能的金属和裂化功能的酸性载体两部分组成。有 些加氢裂化催化剂外形为φ1.6mm或φ3mm条状， 有些为φ6mm×φ4mm圆柱状。
2019/7/22
压力
提高反应压力可同时增加平衡转化率和提 高氢和油的浓度，从而提高反应速率，尤其对 于稠环芳烃和六元杂环氮化物的加氢，压力增 加 的 效 能 更 为 明 显 ， 目 前 一 般 选 用 压 力 10 ～ 20MPa，原料油越重，采用的压力越高。
通过剧烈搅拌，催化剂悬浮在液相中，气体和颗粒催 化剂充分接触，并使用细颗粒催化剂，可提高总体速率。
2019/7/22
该类反应器操作方便且运转费用低，工业上常用于油 脂加氢、有机物的氧化等过程，采用半间歇操作方式， 气相连续通入反应器，被加工的液相达到一定的转化率 后，停止反应并卸料。
对于机械搅拌悬浮反应器，要注意：
要考虑所采用的液相热载体对原在固定床中反应的气 体和固体催化剂是否具有不良的影响；
三相悬浮床反应器易于更换和补充失活的催化剂，但 又要求催化剂耐磨损。
2019/7/22
1. 机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器及特征
利用机械搅拌的方法使催化剂或固体颗粒保持悬浮状 态，它有较高的传质和传热系数，对于三相催化反应和 含高粘度的非牛顿型流体的反应系统尤为合适。