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化学反应工程气液固三相反应工程资料第1页/共34页 2023/5/5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 悬浮床第2页/共34页 2023/5/5（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）并流向上第3页/共34页 2023/5/5工业滴流床反应器优点 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。第4页/共34页 2023/5/5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；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。第5页/共34页 2023/5/5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 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。 实例第6页/共34页 2023/5/5 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。 第7页/共34页 2023/5/5 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℃。 温度第8页/共34页 2023/5/5 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。 氢油比第9页/共34页 2023/5/5 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。 设备材质第10页/共34页 2023/5/5 图（例9-1-1）热壁式加氢裂化反应器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—急冷氢管第11页/共34页 2023/5/5（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: 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。第12页/共34页 2023/5/5 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。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。工业悬浮床反应器优点第13页/共34页 2023/5/5 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；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。工业悬浮床反应器缺点第14页/共34页 2023/5/51. 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