多相催化反应评价系统.doc

多相催化反应评价系统 一、系统简介：多相催化反应评价系统由固定床反应器和流化床反应器及与其配套的辅助工艺设备、相关管道、计量装置构成。其中，本次实训主要针对固定床反应系统，以环境催化领域的热点技术—“低温SCR法烟气脱硝反应”为实验考查体系，进行气固相固定床催化反应操作。 一、固定床反应评价系统 1、固定床反应器在化工生产中的作用 固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。 固定床反应器有三种基本形式： 轴向绝热式固定床反应器(图1)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外 界无热交换。径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。 列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器,反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳 固定床反应器的优点是： 返混小，流体同催化剂可进行有效接触， 当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。 催化剂机械损耗小。 结构简单。 固定床反应器的缺点是： 传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。 操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。 固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。 4、数学模型 　　固定床反应器是研究得比较充分的一种多相反应器，描述固定床反应器的数学模型有多种，大致分为拟均相模型（不考虑流体和固体间的浓度、温度差别）和多相模型（考虑到流体和固体间的浓度、温度差别）两类，每一类又可按是否计及返混，分为无返混模型和有返混模型，按是否考虑反应器径向的浓度梯度和温度梯度分为一维模型和二维模型 二、 流化床催化反应评价系统（本部分不作为实训内容，仅作系统了解） 1、流化床反应系统独立运行模式 该操作模式以当前节能减排领域热门技术“流化床生物质催化气化”为实践教学体系。粉末状生物质通过料斗称量后，由螺杆泵打入流化床反应器中。压缩空气、N2等气体由上述中的模拟气路从反应器底部进入；水蒸汽则由液态物料汽化罐发生并在从保温管路中由反应器底部进入。物料在流化床反应器中由异型加热器升温至500~700 ℃反应，生成的CO和H2及其它气体通火炬燃烧后排放，反应器中吹出的催化剂粉体经旋风分离后回收利用。 以上所述的对模拟烟气配置、反应控制、烟气组成在线分析的过程控制和调节分为手动模式和DCS集成控制模式。对于计量仪表、阀门等路线控制单元均采用就地型仪表与远传型仪表旁路并列的安装方式来实现两种控制模式的选择。 流化床-固定床串联运行模式 该操作模式以当前节能减排领域热门技术“流化床生物质催化气化”为实践教学体系。流化床中的生物质汽化过程与相同。生成的CO和H2及其它气体经冷凝器冷凝后再进入气液分离器分离，所得气态物料主要为CO、H2、N2、CO2，可再由管路输送至固定床反应器进行催化重整，得到组分比例更为合理的合成气。而液态物料也可以由输送泵输送至固定床反应器进行催化裂解和重整得到直链烃类产品。 同上，以上所述的对模拟烟气配置、反应控制、烟气组成在线分析的过程控制和调节分为手动模式和DCS集成控制模式。对于计量仪表、阀门等路线控制单元均采用就地型仪表与远传型仪表旁路并列的安装方式来实现两种控制模式的选择。 一、实训目的 1、了解固定床反应器的操作基本原理及常见故障排除； 2、掌握气固非均相反应体系中常见的流体输送设备如泵、风机等操作；了解体系中的流量、压力、温度及液位等控制参数