烃类液相选择加氢用滴流床反应器设计计算

进 料
原料 产物 ×10-6
甲烷氢 空 速 H2/MAPD % m3/ h h-1 摩尔比 MAPD MA PD
丙烯 增量
%
转化率 选择性
%
备注
129.6 43.8 1.06 2.19 <5 <5 1.44 0 .66 100
133.2 45.4 1.16 1.97 <5 <5 1.11 0 .56 100
碳三馏分液相加氢新工艺流程见图 1 。
来自乙烯装置中的碳三馏 分进入原料缓 冲罐
图 1 碳三馏分液相加氢新工艺流程
碳三馏分液相选择加氢催化剂为球状颗粒载体 型固体催化剂 , 载体为多孔活性氧化铝 , 活性组分 为贵金属 。粒度为 2 .5 ～ 4 .5mm , 堆积密度为0 .92 g/mL 。
重量流量 9391 .9 kg/ h 体积流量 20 .8 m3/ h 液体体积空速 60 ～ 100h-1 (正常 77h -1) 液体质量流率 ≤100000kg/ (h·m3) 液体喷淋密度 ≤220m3/ (h·m2) 出口丙炔 (MA)浓度 ≤5 ×10-6 丙二烯 (PD)浓度 ≤10 ×10-6
注 :反应合格指标指产物中 MA 、 PD 含量分别小于 5 ×10 -6和 10 ×10 -6 , 丙烯增量 >0 。
(2)长周期加氢反应结果 根据所统计的 2600h (近 3 个月)的长周期连
续运转加氢反应结果如表 2 所示 。其间还进行了反
应后部分物料循环和不循环的检验 。 在一定的范围 内 , 考察了各种不同反应条件下滴流床反应器的工 业应用结果 。即使是在操作工况达不到设计要求的
将滴流床绝热反应器首次应用在毫秒炉乙烯装 置的碳三馏分液相加氢新工艺装置中 , 取得了较好 的效果 。 本文总结了该工业型滴流床反应器的计算 及设计 , 并对其应用提出了建议 。
(V -00), 由原料进料泵 (P -01) 升压后 , 经原料 预热 (或冷却)器 (E -01), 使其达到反应器进口 温度后 , 再与氢气按一定的氢炔比混合后进入滴流 床加氢反应器 (R -01)。 反应后的物料经冷却器 (E -02)冷却后进入分离 罐 (V -01), 其气液两 相出料均去丙烯精馏塔 。 如需采用循环操作时 , V -01 液相出料的一部分回流由循环泵 (P -02)升 压与碳三馏分原料混合 。
表 1 不同操作条件下的加氢反应结果
变化 参数
原料 MA 、 PD 浓度
及 氢比
空速
反应 压力 进口 温度
反应
压力
MPa
2 .42 2 .42 2 .40 2 .42 2 .43 2 .41 2 .42 2 .34 2 .43 2 .43 2 .48 2 .31 2 .41 2 .44
温 度/ ℃
2 .1 设计参数
根据实验室研究和工业侧线模拟试验研究的结 果[ 6] , 选定反应器的设计参数如下 :
反应器进口温度 35 ℃ 出口温度 58 ℃
出口压力 2 .62 MPa
进料组成 :
进口 MAPD 含量 2 .0 % (摩尔)
选定 H2/MAPD 1 .60 (摩尔比) 进料量 (含氢气进料组分)
131.4 45.4 1.42 1.60 <5 <5 0.26 0 .16 100
126.0 45.4 1.27 1.71 <5 <5 0.65 0 .38 100
122.4 45.9 1.38 1.51 <5 <5 0.59 0 .39 100
Baidu Nhomakorabea140.4 44.8 1.48 1.65 <5 <5 0.42 0 .25 100
1 碳三馏分液相加氢新工艺简介
反应原理
碳三馏分进行选择加氢反应的主副反 应如下
(反应热为 25 ℃下的值):
主反应
CH3 -C ≡CH +H2
CH2 C CH2 +H2
C3H6 +1 .65 ×105kJ/ kmol C3H6 +1 .72 ×105kJ/kmol
副反应
C3H6 +H2 C3H8 +1 .24 ×105kJ/kmol nC3H4 低聚物
进口 中部 出口
37 .4 34 .7 34 .4 34 .1 34 .2 36 .1 36 .1 34 .7 40 .1 36 .9 37 .1 36 .2 33 .8 41 .4
59 .5 59 .7 59 .3 60 .7 62 .5 57 .4 60 .2 58 .2 55 .6 58 .0 59 .1 58 .0 60 .8 60 .4
N =33 d =14mm 且得 hmax =180mm
3 催化选择加氢反应结果 (1)在不同操作条件下的加氢反应结果 由于本滴流床反应器是作为毫秒炉乙烯装置中
的生产单元 , 必须保证生产出合格的聚合级丙烯产 品 。因此未能对各种操作条件作有规律性的改变来 进行条件试验 。但因乙烯装置中的各生产环节条件 变化 , 本反应器也在一定的范围内 , 对温度 、 进料 量 (液体体积空速)、 反应压力 、 氢炔比等条件的 影响进行了测定 , 结果均满足了生产装置的要求指 标 。参见表 1 。
则最小进料量为
60 ×0 .27 =16 .2m3/ h =7322 .4 kg/ h
求取最适宜的反应器直径 D : 设不同 D 时 , 按正常进料量20 .8 m3/ h 及液体
空速 77h-1 , 计算反应器的诸参数 :
床层直径 D/ mm 截面积 S/ m2 床层高度 L/ mm 喷淋密度/ m3/ (h·m2)
液相(L) 10505 .9 8764 .1
总量(T) 11270 .3 9391 .9
hmin =64 .8 mm 气流导管高度取液柱高度的1 .6 倍 :
1 .6 ×180 =288mm , 取 300mm
最小量/ kg/ h 物流密度 ρ/ m3/ kg
489 .5 34 .8
注 :ρT=WT/ (VV +VL)
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化学工程 2001 年第 29 卷第 3 期
情况 下 , 如 进 料 中 MAPD 含 量 过 低 (<1 .0 摩 能正常使用 , 亦得到合格的聚合级丙烯产品 。 尔 %)或液体空 速过低 (<40h-1)等 , 反 应器仍
表 2 长 周 期 加 氢 反 应 结 果
61 .9 62 .7 61 .4 61 .7 62 .9 60 .9 62 .2 60 .3 60 .7 58 .7 60 .7 59 .2 62 .1 61 .6
C3
t/ h 9 .96 10 .32 10 .44 10 .20 10 .08 10 .08 10 .08 8 .88 8 .20 8 .04 10 .32 10 .32 10 .44 10 .20
参数[ 9] :
h
=1 .68 ×107
Q Nd 2
2
57 ×3 .5mm 不锈钢管), 核算得管内最大气相速度 =0 .78 m/s , 在允许范围内 。
核算 得液 体分 布板 上的 液流 孔开 孔 率为 5 .75 %, 按正三角形排列 , 取孔中心距为 50mm 。
式中
h 液柱高度 , mm Q 流量 , m3/ h N 开孔数 d 开孔直径 , mm D =350mm S A = (π/4) ×0 .352 =0 .0962 m2 Qmax =10505 .9(kg/h)/ 493(kg/m3)=21 .3 m3/ h 由液柱计算公式试差计算得到 :
2 滴流床反应器设计 反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确
定的参数 , 对反应器的大小及高径比 、 催化剂床层 和液体分布板等进行计算和设计 。
李正琪 , 1957 年生 , 高级工程师。 从事有机及高分子化工项目研究开发及工程设计等。
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化学工程 2001 年第 29 卷第 3 期
取 D =350mm , L =2800mm , L/ D =8 。 则在最大及最小负荷下的空速 、 质量流率及液
体喷淋密度为 :
流 量/ m3/ h
液体空速/ h -1 质量流率/ kg/ (h·m3) 喷淋密度/ m3/ (h·m2)
24 .96 20 .8 16.2 (最大) (正常) (最小)
进行 催 化选 择 加氢 脱 除碳 三馏 分 中 的甲 基 乙 炔 (MA)和丙二烯 (PD), 再经丙烯精馏塔分离 , 得 到聚合 级丙烯[ 4] 。 但在这类石 油烃液相加氢 反应 中 , 所用催化剂一般是具有活性表面的多孔固体粒 子 , 气液两相都需扩散到催化剂表面进行反应 , 且 由于是绝热放热反应 , 有部分液态烃会汽化 , 故反 应器内的相际接触及平衡状态相当复杂[ 5] 。
选择性 60 % (指 MAPD 加氢为 C3H6 的百分数) 2 .2 催化剂床层设计计算
正常状态下反应器总进料量为20 .8 m3/ h 液体体积空速 77h-1 则催化剂用量 =20 .8/ 77 =0 .27 m3
设反应器最大进料量为超过正常进料量 20 %
则 :20 .8 ×120 %=24 .96 m3 此时反应器最大空速 =24 .96/ 0 .27 =92 .44 h-1 最小允许空速为 60h-1
92 .44 77
60
116976 98003 76444
258 .2 216.4 168.8
图 3 分布板结构图
李正琪 烃类液相选择加氢用滴流床反应器设计计算
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由相平衡计算 , 反应器入口的物流量 :
hnol =126 .9 mm
最大量/ kg/ h 正常量/ kg/ h
气相(V) 764 .4 627 .8
127.8 44.3 2.35 0.96 <5 <5 -0 .29 -0.30 100
109.8 39.0 1.41 1.56 <5 <5 0.38 0 .24 100
105.2 36.9 2.03 1.20 <5 21 -0 .35 -0.29 99.83 空速过低
63.0 35.3 1.02 0.88 <5 68 0.29 0 .30 99.29 H2 量过低
6832 .9 493 .0
7322 .4 259 .8
在 D =350mm 的分布板设 4 根气流导管 , 其开
孔率 取 约 10 %, 则 4 × (π/4) ×d' 2 =10 % × 0 .0962 , d' =55mm , 取气流 导管内径为 50mm(采用
由液柱计算公式计算分布板的开孔及气流导管
累积 反应 温 度 / ℃
时间 h
压力 MPa 进口 中部 出口
李正琪 烃类液相选择加氢用滴流床反应器设计计算
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烃类液相选择加氢用滴流床反应器设计计算
李 正 琪
(中国石化集团公司北京化工研究院 , 北京 100013)
所设计的滴流床反应器用于碳三馏分液相选择加氢新工艺以脱除甲基乙炔 (MA) 和丙二烯 (PD), 具有较好的适用性 。 确定了反应器的优化设计参数及操作条件为 :反应器进口温度 35 ～ 40 ℃, 反应压力2 .3～ 2.62MPa ;进 料中 MAPD 含量 1.5%～ 2.0 %(摩尔), H2/ MAPD 1.20～ 1.60(摩 尔比);液体体 积空速 (LHSV) 70 ～ 100h-1 ;床层高径比 6 ～ 8 。
127.8 45.9 1.16 1.88 <5 <5 1.07 0 .57 100
120.6 44.8 1.23 1.71 <5 <5 0.58 0 .34 100
108.0 44.3 1.24 1.54 <5 <5 0.54 0 .35 100
129.6 44.3 1.95 1.17 <5 <5 0.04 0 .03 100
300 0 .071 3803 294 .4
350 0 .096 2813 21 6 .4
400 0 .126 2143 1 68 .8
由此设计反应器床层及结构如图 2 。
图 2 滴流床反应器内件图 装填量 :119kg, 0 .27m3
2 .3 液体分布板设计计算[ 7, 8] 分布板结构如图 3 。
关键词 :滴流床 碳三加氢 反应器设计
由于滴流床反应器具有结构简单 、 操作方便 、 操作弹性大 、 建设投资低等优点 , 而广泛应用于各 类油品催化加氢裂化及精制 、 低碳烃类选择加氢精 制等领域[ 1～ 3] 。 在蒸汽裂解制乙烯装置中 , 碳三馏
分液相加氢新工艺就是采用单台滴流床绝热反应器