固定床反應器在均酐裝置中的應用

黃裕娥　張東海

摘 要 固定床反應器是一種裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現多相反應過程的一種反應器。在當今化工企業的發展及世界能源的日益緊張的情況下，在工業生產中的節能降耗、減少投資、降低生產費用、提高經濟效益尤為重要。由于固定床反應器具有許多特點，而被廣泛應用于工業生產中。

關鍵詞 均酐；固定床反應器；催化劑

中圖分類號：TQ019 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0081-02

隨著化學工業及石油化工技術的發展，固定床反應器在化工生產中應用越來越廣泛，在床層結構看，有固定床和移動床兩種類型，尤其固定床用的比較多，一般都是將顆粒催化劑裝填于固定床反應器中，形成催化劑反應床層，原料混合氣通過固定床反應器時，催化劑在反應器列管中靜止不動，混合氣從催化劑顆粒間隙經過，通過催化氧化反應生成產物。固定床反應器適用于催化劑壽命時間較長的情況，不然經常更換比較麻煩。在均酐裝置用固定床反應器，其結構相對比較簡單，生產操作也比較方便。

1 固定床反應器的特點

南京化工職業技術學院實訓基地有一套年產量為100噸的均酐生產裝置，在生產裝置中所用到的徑向反應器是列管式固定床反應器，列管式固定床反應器又稱填充床反應器，在列管里裝填催化劑實現多相反應過程。催化劑通常呈顆粒狀，根據形狀、大小不同，在固定床反應器里填裝一定高度的床層。床層靜止不動，原料均四甲苯通過蒸汽加熱、過濾，再由計量泵送入氣化混合器中，通過熱空氣和原料均四甲苯氣化混合，混合好后的混合氣經過床層中的催化劑進行氧化反應，生產產物。固定床反應器主要用于實現氣固相催化反應，生產實踐證明，與軸向反應器相比，固定床反應器的優點：1）床層阻力較小。由于物料混合氣徑向流動，通過的混合氣截面積大。在反應器床層體積一定時，混合氣流過床層的壓力降小，所以徑向床層阻力較小。2）空氣流速大。因為床層阻力小，在生產過程中可以采用高空速操作，提高裝置的生產能力。

2 固定床反應器的組成

圖1 氧化反應器結構圖

在均酐裝置中，氧化反應器為列管式固定床反應器，其內部結構主要零部件有：平板封頭，管箱，法蘭，螺栓，密封墊片，拉桿，定距管，支座，膨脹節，列管等組成。其中共有709根列管，其中706根列管內均勻填裝催化劑。每根反應管直徑為φ30×2.5 mm，催化劑裝填高度1.6 m，共裝填催化劑470 l。作用是將原料均四甲苯與熱空氣氣化混合后在固定床反應器列管內的五氧二化釩催化劑的作用下，反應生成均酐產物、副產品及二氧化碳氣體等。

固定床反應器催化劑的裝填：

均酐生產氧化反應為非均相的催化反應，采用五氧化二釩為催化劑。反應器內催化劑的裝填工作是生產過程中一項重要準備工作，是生產過程中非常重要的環節。催化劑裝填質量的好壞不僅直接影響生產的進行，應該高度重視。

裝填前的準備工作：

1）工具、儀器的準備工作。

裝填所需工具：電子天平2臺，測壓差裝置一臺，保鮮袋若干，漏斗、石筆、護眼鏡口罩、鐵刷子、布條、橡皮塞、吸鐵石等。

2）裝填前，應檢查各催化劑列管，保證所有列管暢通，管底無雜物，管壁無污物。具體做法用鐵刷子刷每根列管的鐵銹，在用布條擦一遍。保證列管干凈無雜物，直至滿足裝填要求。

3）催化劑在裝填前應選取在晴天進行，并先篩除粉末和碎塊。

催化劑的裝填：

催化劑的裝填包括以下步驟。（見催化劑裝填示意圖）

1）攪拌催化劑，除去破裂和粉碎化的催化劑，將所購買的催化劑進行充分攪拌混合。

2）對催化劑進行稱重，對磁環進行稱重，確保每一列管中的催化劑與瓷環量一定。

3）在反應器底部裝上彈簧，確保能夠支撐催化劑與磁環。

4）加入稱重好的磁環，磁環裝填完畢，接著裝入催化劑，最后再加入一層磁環。

5）對反應器的每個列管進行測壓，對裝填錯誤的列管進行重新裝填。

6）封閉反應器上下封頭管箱。

圖2 列管裝填催化劑示意圖

3 均酐生產用固定床反應器的操作與控制

在均酐裝置生產中，列管式固定床反應器是均酐生產過程中最重要設備，本裝置使用的催化劑是黑龍江省石油化學研究院生產的HHY-3型催化劑。由于技術保密等原因，沒有掌握其催化劑的動力學方程式。因此，只能根據黑龍江省石油化學研究院提供的工藝參數進行衡算。其空塔速度為4000 h-1、進料速度為56 kg/h、熱點溫度445℃、催化劑負荷60 g/（l·h）、轉化率100%。根據年產量，設計固定床反應器大小，整個反應過程是一個放熱反應，會釋放大量的熱，此時主要通過冷卻系統，經液下泵將熔鹽打入反應器下部，經分配后進入殼程，由固定床反應器上部經空氣冷卻器管間返回熔鹽槽。在反應過程中一直保持熔鹽系統循環。在反應過程中產生的多余熱量在空氣冷卻器中與冷空氣換熱冷卻后返回熔鹽槽，保證反應熱點溫度的穩定。在生產過程中的異常現象主要是怕反應熱點溫度過高燒壞催化劑。所以對于反應熱點過高所采取的措施有：

1）在空氣流量不變的情況下，減少原料均四甲苯進料量。

2）在進料量不變的情況下，加大進入熔鹽冷卻器的冷空氣量，從而降低熔鹽溫度。

3）在原料均四甲苯進料量不變的情況下，加大空氣流量。

在正常生產情況下，裝置一般都處于穩定狀態，所以也可以適當提高反應器生產能力，主要有以下幾個途徑：

1）在原有反應器上適當增加進料濃度。現在進料濃度為（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，則可增加20%～30%產量。但是該方案風險較大，熱點溫度不易控制。

2）在進料濃度不變的情況下，通過提高空速來提高催化劑的負荷，從而提高生產的收率。

4 結束語

固定床反應器在生產技術應用方面均積累了相當的許多成功經驗，但是在生產過程中已發現，固定床反應器在化工應用過程中仍然存在許多問題，主要有壓力降問題、溫度高因素影響，反應器內部構件容易損壞等問題。所以必須加強固定床反應器的理論研究，研究固定床反應器其流動特性和反應性能等方面，使得在生產過程中能安全穩定的生產。

參考文獻

[1]房鼎業，朱子彬.徑向流動反應器工藝設計要點[J].化學工程；2001，29（1）：18-21.

[2]劉文明，劉雪東.徑向流反應器的發展及應用[J].石油化工設備技術，2006，27（1）：56-61.

[3]汪開明.均苯四甲酸二酐的生產技術與應用開發[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系統在均苯四甲酸二酐生產裝置中的應用[J].化學工業與工程技術，2005（06）.

[5]趙增慧，夏麗.列管式固定床反應器的設計探討[J].北京石油化工學院學報，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反應器的模擬與設計[D].華東理工大學，2012.endprint

摘 要 固定床反應器是一種裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現多相反應過程的一種反應器。在當今化工企業的發展及世界能源的日益緊張的情況下，在工業生產中的節能降耗、減少投資、降低生產費用、提高經濟效益尤為重要。由于固定床反應器具有許多特點，而被廣泛應用于工業生產中。

關鍵詞 均酐；固定床反應器；催化劑

中圖分類號：TQ019 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0081-02

隨著化學工業及石油化工技術的發展，固定床反應器在化工生產中應用越來越廣泛，在床層結構看，有固定床和移動床兩種類型，尤其固定床用的比較多，一般都是將顆粒催化劑裝填于固定床反應器中，形成催化劑反應床層，原料混合氣通過固定床反應器時，催化劑在反應器列管中靜止不動，混合氣從催化劑顆粒間隙經過，通過催化氧化反應生成產物。固定床反應器適用于催化劑壽命時間較長的情況，不然經常更換比較麻煩。在均酐裝置用固定床反應器，其結構相對比較簡單，生產操作也比較方便。

1 固定床反應器的特點

南京化工職業技術學院實訓基地有一套年產量為100噸的均酐生產裝置，在生產裝置中所用到的徑向反應器是列管式固定床反應器，列管式固定床反應器又稱填充床反應器，在列管里裝填催化劑實現多相反應過程。催化劑通常呈顆粒狀，根據形狀、大小不同，在固定床反應器里填裝一定高度的床層。床層靜止不動，原料均四甲苯通過蒸汽加熱、過濾，再由計量泵送入氣化混合器中，通過熱空氣和原料均四甲苯氣化混合，混合好后的混合氣經過床層中的催化劑進行氧化反應，生產產物。固定床反應器主要用于實現氣固相催化反應，生產實踐證明，與軸向反應器相比，固定床反應器的優點：1）床層阻力較小。由于物料混合氣徑向流動，通過的混合氣截面積大。在反應器床層體積一定時，混合氣流過床層的壓力降小，所以徑向床層阻力較小。2）空氣流速大。因為床層阻力小，在生產過程中可以采用高空速操作，提高裝置的生產能力。

2 固定床反應器的組成

圖1 氧化反應器結構圖

在均酐裝置中，氧化反應器為列管式固定床反應器，其內部結構主要零部件有：平板封頭，管箱，法蘭，螺栓，密封墊片，拉桿，定距管，支座，膨脹節，列管等組成。其中共有709根列管，其中706根列管內均勻填裝催化劑。每根反應管直徑為φ30×2.5 mm，催化劑裝填高度1.6 m，共裝填催化劑470 l。作用是將原料均四甲苯與熱空氣氣化混合后在固定床反應器列管內的五氧二化釩催化劑的作用下，反應生成均酐產物、副產品及二氧化碳氣體等。

固定床反應器催化劑的裝填：

均酐生產氧化反應為非均相的催化反應，采用五氧化二釩為催化劑。反應器內催化劑的裝填工作是生產過程中一項重要準備工作，是生產過程中非常重要的環節。催化劑裝填質量的好壞不僅直接影響生產的進行，應該高度重視。

裝填前的準備工作：

1）工具、儀器的準備工作。

裝填所需工具：電子天平2臺，測壓差裝置一臺，保鮮袋若干，漏斗、石筆、護眼鏡口罩、鐵刷子、布條、橡皮塞、吸鐵石等。

2）裝填前，應檢查各催化劑列管，保證所有列管暢通，管底無雜物，管壁無污物。具體做法用鐵刷子刷每根列管的鐵銹，在用布條擦一遍。保證列管干凈無雜物，直至滿足裝填要求。

3）催化劑在裝填前應選取在晴天進行，并先篩除粉末和碎塊。

催化劑的裝填：

催化劑的裝填包括以下步驟。（見催化劑裝填示意圖）

1）攪拌催化劑，除去破裂和粉碎化的催化劑，將所購買的催化劑進行充分攪拌混合。

2）對催化劑進行稱重，對磁環進行稱重，確保每一列管中的催化劑與瓷環量一定。

3）在反應器底部裝上彈簧，確保能夠支撐催化劑與磁環。

4）加入稱重好的磁環，磁環裝填完畢，接著裝入催化劑，最后再加入一層磁環。

5）對反應器的每個列管進行測壓，對裝填錯誤的列管進行重新裝填。

6）封閉反應器上下封頭管箱。

圖2 列管裝填催化劑示意圖

3 均酐生產用固定床反應器的操作與控制

在均酐裝置生產中，列管式固定床反應器是均酐生產過程中最重要設備，本裝置使用的催化劑是黑龍江省石油化學研究院生產的HHY-3型催化劑。由于技術保密等原因，沒有掌握其催化劑的動力學方程式。因此，只能根據黑龍江省石油化學研究院提供的工藝參數進行衡算。其空塔速度為4000 h-1、進料速度為56 kg/h、熱點溫度445℃、催化劑負荷60 g/（l·h）、轉化率100%。根據年產量，設計固定床反應器大小，整個反應過程是一個放熱反應，會釋放大量的熱，此時主要通過冷卻系統，經液下泵將熔鹽打入反應器下部，經分配后進入殼程，由固定床反應器上部經空氣冷卻器管間返回熔鹽槽。在反應過程中一直保持熔鹽系統循環。在反應過程中產生的多余熱量在空氣冷卻器中與冷空氣換熱冷卻后返回熔鹽槽，保證反應熱點溫度的穩定。在生產過程中的異常現象主要是怕反應熱點溫度過高燒壞催化劑。所以對于反應熱點過高所采取的措施有：

1）在空氣流量不變的情況下，減少原料均四甲苯進料量。

2）在進料量不變的情況下，加大進入熔鹽冷卻器的冷空氣量，從而降低熔鹽溫度。

3）在原料均四甲苯進料量不變的情況下，加大空氣流量。

在正常生產情況下，裝置一般都處于穩定狀態，所以也可以適當提高反應器生產能力，主要有以下幾個途徑：

1）在原有反應器上適當增加進料濃度。現在進料濃度為（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，則可增加20%～30%產量。但是該方案風險較大，熱點溫度不易控制。

2）在進料濃度不變的情況下，通過提高空速來提高催化劑的負荷，從而提高生產的收率。

4 結束語

固定床反應器在生產技術應用方面均積累了相當的許多成功經驗，但是在生產過程中已發現，固定床反應器在化工應用過程中仍然存在許多問題，主要有壓力降問題、溫度高因素影響，反應器內部構件容易損壞等問題。所以必須加強固定床反應器的理論研究，研究固定床反應器其流動特性和反應性能等方面，使得在生產過程中能安全穩定的生產。

參考文獻

[1]房鼎業，朱子彬.徑向流動反應器工藝設計要點[J].化學工程；2001，29（1）：18-21.

[2]劉文明，劉雪東.徑向流反應器的發展及應用[J].石油化工設備技術，2006，27（1）：56-61.

[3]汪開明.均苯四甲酸二酐的生產技術與應用開發[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系統在均苯四甲酸二酐生產裝置中的應用[J].化學工業與工程技術，2005（06）.

[5]趙增慧，夏麗.列管式固定床反應器的設計探討[J].北京石油化工學院學報，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反應器的模擬與設計[D].華東理工大學，2012.endprint

摘 要 固定床反應器是一種裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現多相反應過程的一種反應器。在當今化工企業的發展及世界能源的日益緊張的情況下，在工業生產中的節能降耗、減少投資、降低生產費用、提高經濟效益尤為重要。由于固定床反應器具有許多特點，而被廣泛應用于工業生產中。

關鍵詞 均酐；固定床反應器；催化劑

中圖分類號：TQ019 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0081-02

隨著化學工業及石油化工技術的發展，固定床反應器在化工生產中應用越來越廣泛，在床層結構看，有固定床和移動床兩種類型，尤其固定床用的比較多，一般都是將顆粒催化劑裝填于固定床反應器中，形成催化劑反應床層，原料混合氣通過固定床反應器時，催化劑在反應器列管中靜止不動，混合氣從催化劑顆粒間隙經過，通過催化氧化反應生成產物。固定床反應器適用于催化劑壽命時間較長的情況，不然經常更換比較麻煩。在均酐裝置用固定床反應器，其結構相對比較簡單，生產操作也比較方便。

1 固定床反應器的特點

南京化工職業技術學院實訓基地有一套年產量為100噸的均酐生產裝置，在生產裝置中所用到的徑向反應器是列管式固定床反應器，列管式固定床反應器又稱填充床反應器，在列管里裝填催化劑實現多相反應過程。催化劑通常呈顆粒狀，根據形狀、大小不同，在固定床反應器里填裝一定高度的床層。床層靜止不動，原料均四甲苯通過蒸汽加熱、過濾，再由計量泵送入氣化混合器中，通過熱空氣和原料均四甲苯氣化混合，混合好后的混合氣經過床層中的催化劑進行氧化反應，生產產物。固定床反應器主要用于實現氣固相催化反應，生產實踐證明，與軸向反應器相比，固定床反應器的優點：1）床層阻力較小。由于物料混合氣徑向流動，通過的混合氣截面積大。在反應器床層體積一定時，混合氣流過床層的壓力降小，所以徑向床層阻力較小。2）空氣流速大。因為床層阻力小，在生產過程中可以采用高空速操作，提高裝置的生產能力。

2 固定床反應器的組成

圖1 氧化反應器結構圖

在均酐裝置中，氧化反應器為列管式固定床反應器，其內部結構主要零部件有：平板封頭，管箱，法蘭，螺栓，密封墊片，拉桿，定距管，支座，膨脹節，列管等組成。其中共有709根列管，其中706根列管內均勻填裝催化劑。每根反應管直徑為φ30×2.5 mm，催化劑裝填高度1.6 m，共裝填催化劑470 l。作用是將原料均四甲苯與熱空氣氣化混合后在固定床反應器列管內的五氧二化釩催化劑的作用下，反應生成均酐產物、副產品及二氧化碳氣體等。

固定床反應器催化劑的裝填：

均酐生產氧化反應為非均相的催化反應，采用五氧化二釩為催化劑。反應器內催化劑的裝填工作是生產過程中一項重要準備工作，是生產過程中非常重要的環節。催化劑裝填質量的好壞不僅直接影響生產的進行，應該高度重視。

裝填前的準備工作：

1）工具、儀器的準備工作。

裝填所需工具：電子天平2臺，測壓差裝置一臺，保鮮袋若干，漏斗、石筆、護眼鏡口罩、鐵刷子、布條、橡皮塞、吸鐵石等。

2）裝填前，應檢查各催化劑列管，保證所有列管暢通，管底無雜物，管壁無污物。具體做法用鐵刷子刷每根列管的鐵銹，在用布條擦一遍。保證列管干凈無雜物，直至滿足裝填要求。

3）催化劑在裝填前應選取在晴天進行，并先篩除粉末和碎塊。

催化劑的裝填：

催化劑的裝填包括以下步驟。（見催化劑裝填示意圖）

1）攪拌催化劑，除去破裂和粉碎化的催化劑，將所購買的催化劑進行充分攪拌混合。

2）對催化劑進行稱重，對磁環進行稱重，確保每一列管中的催化劑與瓷環量一定。

3）在反應器底部裝上彈簧，確保能夠支撐催化劑與磁環。

4）加入稱重好的磁環，磁環裝填完畢，接著裝入催化劑，最后再加入一層磁環。

5）對反應器的每個列管進行測壓，對裝填錯誤的列管進行重新裝填。

6）封閉反應器上下封頭管箱。

圖2 列管裝填催化劑示意圖

3 均酐生產用固定床反應器的操作與控制

在均酐裝置生產中，列管式固定床反應器是均酐生產過程中最重要設備，本裝置使用的催化劑是黑龍江省石油化學研究院生產的HHY-3型催化劑。由于技術保密等原因，沒有掌握其催化劑的動力學方程式。因此，只能根據黑龍江省石油化學研究院提供的工藝參數進行衡算。其空塔速度為4000 h-1、進料速度為56 kg/h、熱點溫度445℃、催化劑負荷60 g/（l·h）、轉化率100%。根據年產量，設計固定床反應器大小，整個反應過程是一個放熱反應，會釋放大量的熱，此時主要通過冷卻系統，經液下泵將熔鹽打入反應器下部，經分配后進入殼程，由固定床反應器上部經空氣冷卻器管間返回熔鹽槽。在反應過程中一直保持熔鹽系統循環。在反應過程中產生的多余熱量在空氣冷卻器中與冷空氣換熱冷卻后返回熔鹽槽，保證反應熱點溫度的穩定。在生產過程中的異常現象主要是怕反應熱點溫度過高燒壞催化劑。所以對于反應熱點過高所采取的措施有：

1）在空氣流量不變的情況下，減少原料均四甲苯進料量。

2）在進料量不變的情況下，加大進入熔鹽冷卻器的冷空氣量，從而降低熔鹽溫度。

3）在原料均四甲苯進料量不變的情況下，加大空氣流量。

在正常生產情況下，裝置一般都處于穩定狀態，所以也可以適當提高反應器生產能力，主要有以下幾個途徑：

1）在原有反應器上適當增加進料濃度。現在進料濃度為（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，則可增加20%～30%產量。但是該方案風險較大，熱點溫度不易控制。

2）在進料濃度不變的情況下，通過提高空速來提高催化劑的負荷，從而提高生產的收率。

4 結束語

固定床反應器在生產技術應用方面均積累了相當的許多成功經驗，但是在生產過程中已發現，固定床反應器在化工應用過程中仍然存在許多問題，主要有壓力降問題、溫度高因素影響，反應器內部構件容易損壞等問題。所以必須加強固定床反應器的理論研究，研究固定床反應器其流動特性和反應性能等方面，使得在生產過程中能安全穩定的生產。

參考文獻

[1]房鼎業，朱子彬.徑向流動反應器工藝設計要點[J].化學工程；2001，29（1）：18-21.

[2]劉文明，劉雪東.徑向流反應器的發展及應用[J].石油化工設備技術，2006，27（1）：56-61.

[3]汪開明.均苯四甲酸二酐的生產技術與應用開發[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系統在均苯四甲酸二酐生產裝置中的應用[J].化學工業與工程技術，2005（06）.

[5]趙增慧，夏麗.列管式固定床反應器的設計探討[J].北京石油化工學院學報，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反應器的模擬與設計[D].華東理工大學，2012.endprint