固相催化反应器.ppt

固相催化反应器1催化剂均相催化剂：和它们催化的反应物处于同一物态（2)分类多相催化剂：和它们催化的反应物处于不同物态生物催化剂：植物、动物和微生物产生的具有催化作用的蛋白质（1）活性组分：催化剂主要成份（2）助催化剂（3）组成（3）载体：固体催化剂特有组分（4）抑制剂（1）活性（2）选择性（4）性能指标（3）使用寿命（4）机械强度（5）其他物理性状（1）沉淀法：制备固体催化剂最常用方法（2）浸渍法：负载型催化剂制备方法（5）合成方法（3）共混合法：制备多组分催化剂最常用方法（4）离子交换法（5）熔融法催化剂的使用催化剂工业的发展方向2气-固相催化反应器（１）固定床反应器优缺点：①床层内流体流动接近平推流。（用较少催化剂和较小的反应器容积可获得较大的生产能力）②严格控制停留时间，温度分布可以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和转化率。③结构简单，操作方便，催化剂磨损小。④传热较差。⑤压力降大，因此压力降受限制。⑥催化剂的更换必须停产进行。多段绝热式固定床连续换热式固定床外热式反应器的反应管径一般都比较小，多为20～35mm。一方面是为了减小床层的径向温差，另一方面是为了单位床层体积具有较大的换热面积，其优点是床层轴向温度分布比绝热式反应器均匀，其缺点是结构比绝热式反应器复杂，催化剂装填也不太方便。自热式：利用反应热来加热原料气使之达到要求温度，再进入催化剂床层进行反应的自身换热式反应器。它只适用于热效应不太大的放热反应和原料气必须预热的系统。这种反应器本身能达到热量平衡，不需外加热源或者外加热介质来冷却反应床层。气固相固定床催化反应器除以上几种主要类型外，近年来又发展了径向反应器。这种反应器的气体流道短，流速低，可以大幅度降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。但设计这种径向流动反应器一定要合理设计流道以使各个横截面上的气体流量均等，且要求催化剂有较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的均匀分布。（２）流化床反应器流化床催化反应器是利用固体流态化技术进行气固相催化反应的装置。将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。优缺点：①流固相界面积大，有利于非均相反应的进行（传热面积大）。②热稳定性高（传热系数高）。③连续生产，效率高。④物料返混大，粒子磨损严重。⑤回收和集尘装置使内构件变得复杂。⑥操作要求高（流化床的控制比固定床复杂，因为操作弹性低，操作条件不能有太大的变化，对控制系统提出了更高的要求）。流化床根据流体的不同可分为聚式流化床和散式流化床。一般而言，对于液固系统由于固体颗粒均匀的分布在床层各处，床面清晰可见，虽略有波动，但相当稳定。这种床层称为散式流化床。而对于气固系统由于固体颗粒不是均匀的分散于床层中，而是程度不同的一团一团聚集在一起作不规则的运动（颗粒小时，现象尤为明显）。这种床层称为聚式流化床。流化床中常见的异常现象：沟流和腾涌沟流：气体通过床层时，其流速虽超过临界流化速度，但床层内只形成一条狭窄的流动，大部分床层仍处于固定状态。这种现象称为沟流。沟流分为贯穿沟流和局部沟流。沟流危害：产生死床，造成催化剂烧结，降低转化率和生产能力。造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分布不合理。消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构架；改善分布板。腾涌：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至接近于床径，使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下这种现象称为腾涌。腾涌危害：影响产品的收率和质量；增加了固体颗粒的机械磨损和带出；降低催化剂使用寿命；床内构件易磨损。造成原因：D/L较大；U较大消除方法：床内设计内部构件；降低U气固相催化反应器的选择一般可从反应特点、反应热、工艺要求、反应器特点、催化剂性能等反面综合考量。气固相催化反应-合成氨（2）①催化剂的选择：可以作氨合成催化剂的物质很多，如铁、铂、锰、钨等。由于以铁为主体的催化剂具有原料来源广、价格低廉、在低温下有较好的活性、抗毒能力强、使用寿命长等优点，故被广泛使用。②催化剂的还原：铁催化剂在还原前以铁的氧化物状态存在，其主要成分为三氧化二铁和氧化亚铁。此外，催化剂中还加入各种助催化剂（三氧化二铝、氧化钾、氧化钙等）。而氧化铁不能加速氨合成反应速度，必须将其还原成活泼的铁，才具有催化活性。注：为使合成氨系统在短时间内投入生产，通常将铁催化剂进行预还原。③催化剂的中毒与衰老：进入塔内的新鲜混合气，虽然经过了净化（脱硫、砷等），但仍含有微量有毒气体，使催化剂缓慢中毒，活性降低。催化剂在长期使用后，活性逐渐下降，生产能力逐渐下降，这种现象称为催化剂的衰老。催化剂的中毒和衰老是无法避免的，但选用耐热性能好的催化剂，改善气体质量和稳定操作，可以大大延长