催化裂化烟气脱硫项目反应器设计说明书.docVIP

云南石化120万Nm3/h催化裂化烟气脱硫项目

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第十一届全国大学生化工设计竞赛

云南石化

120万Nm3/h催化裂化烟气脱硫项目

反应器设计说明书

团队名称：兰州理工大学鸿成团队

指导老师：王东亮、朱照琪、张栋强、李宁、杨勇

团队成员：史嘉桢、史娟利、张俊彦、朱文祥、罗正刚

完成时间：2017年8月

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章设计概述 3

第二章反应器的设计与选型 3

2.1反应器选型 3

2.1.1反应器类型 3

2.1.2反应类型 4

2.1.3操作方式 4

2.1.4反应物的稀释 4

2.2催化剂选择 4

2.2.1氧化铝基催化剂 5

2.2.2钛基催化剂 6

2.2.3保护催化剂 7

2.2.4多功能催化剂 7

2.3反应动力学分析 8

2.3.1反应方程式 8

2.3.2反应动力学方程 8

2.4反应物性数据分析 9

2.4.1气体比热容 9

2.4.2反应热 10

2.5反应条件的选择 10

2.5.1温度 10

2.5.2床层高度及压降 11

2.6反应器设计 12

2.6.1设计条件 12

2.6.2反应器计算 12

2.6.3气体分布器的设计 15

第三章反应器强度校核说明书 16

第一章设计概述

反应器是化工生产过程中一系列设备中的核心设备。化工技术过程开发的成功与否很大程度上取决于反应器内流体的温度、浓度、停留时间及温度分布、停留时间分布的控制水平和控制能力。化工生产的工艺过程决定了反应器的结构型式，反应器的结构型式对工艺过程又有一个促进和完善的作用，同时反应器的结构型式在某种程度上也决定着产品的质量和性能。因此，化学反应器的选型、设计计算和选择最优化的操作条件是化工生产中极为重要的课题。

本项目是催化裂化烟气脱硫并资源化利用的项目，以总厂云南省滇中产业聚集区安宁组团草铺工业园区的催化裂化烟气和硫化氢为原料，催化裂化烟气经过吸收剂吸收再生后，与来自双脱装置的硫化氢充分混合预热进行克劳斯反应、硫磺回收。所有的废水、废气均采取了可行的处理方法进行处理，处理后的废水、废气可以达到国家标准规定的排放指标。因此本项目符合清洁生产的要求。

此工艺主要涉及到的反应器有克劳斯反应器，下面对其核心设备一级克劳斯反应器进行了反应条件、催化剂的选择，通过Aspen模拟确定了反应器的体积，通过查阅文献确定了反应器的大致结构。

第二章反应器的设计与选型

2.1反应器选型

2.1.1反应器类型

克劳斯反应器的功能是使过程气中的H2S和SO2在催化剂的作用下进行克劳斯反应生成元素硫，反应器设计的好坏，将直接影响SO2的转化率。反应器形式的选择直接影响到全装置的设备布置格局，关系到装置长期平稳操作及总投资。

克劳斯反应器在工业中常见的是固定床反应器，反应器有卧式和立式两种形式。

立式反应器的特点是：反应器也可单独设置，或上下重叠设置，或中间用径向内壁分开。两种形式相比较，卧式反应器布置灵活，操作简便，可并可缩小占地面积；立式反应器占地面积大，反应器出口过程气管线易结存液硫。

卧式反应器的特点是：反应器可单独设置，但更多的是用径向的内壁把一个容器分割成几个反应器，气提入口在顶部，出口在底部，催化剂置于有瓷球的栅板上，呈一个约1m后的矩形床层，床层位于反应器中部。

因此，工业上常采用卧式反应器。

2.1.2反应类型

克劳斯反应是放热的分子数增加的反应，克劳斯催化反应为主要生成S8的放热反应。因此，低温和高压对反应有利。反应器的操作温度不仅取决于热力学因素，还要考虑硫的露点温度和气体组成。从热力学角度分析，一定范围内降低温度，平衡转化率就高，从而使二级克劳斯反应的处理量减少，装置和操作费用就降低；但是温度过低，会引起硫蒸汽因催化剂细孔产生的毛细管硫冷凝在催化剂的表面，作用而凝聚在催化剂的表面上，使其失活。因此，过程气进入反应器床层的温度至少应比硫蒸汽露点温度高11～14℃。另外，在催化剂上的克劳斯反应受其活性中心的孔内扩散控制，从动力学角度出发，又不能使温度太低。若使用铝矾土作催化剂，则温度还要提高。

2.1.3操作方式

克劳斯工艺是连续式操作的工艺，连续式操作的反应过程中都比较均匀稳定，反应温度和催化剂的活性都不会随反应时间而改变。

2.1.4反应物的稀释

在克劳斯工艺中，蒸汽做稀释剂，有重要作用：

1、减缓催化剂表面液体硫的富集，从而维持催化剂活性的稳定

2、降低反应体系中硫化氢和二