催化反应工程华东理工大学第十九课气—液—固三相反应器
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三相床中合成甲醇和二甲醚房鼎业丁百全(华东理工大学化工学院上海 200237)近年来,对气液固三相催化反应的研究、开发与应用已成为国内外众多学者、工程技术人员特别关注的一个方面。
本文叙述气液固三相催化反应技术的主要特点和应用领域,并着重介绍三相床甲醇合成和二甲醚(DME)合成的试验研究内容和成果。
1 气液固三相催化反应技术的特点与应用1.1 三相床反应工程的基本概念反应物系中同时存在气、液、固三相的化学反应称气液固三相反应,若其中催化剂为固相,称气液固三相催化反应。
进行气液固三相反应的设备称为三相床反应器。
气液固三相催化反应分为3类(见表1)。
表1 三相催化反应的分类气相液相固相实例(1) 反应物产物催化剂合成气的FT反应(2) 反应物产物反应物,催化剂煤直接加氢(3) 反应物,产物惰性热载体催化剂三相床中合成二甲醚1.2 三相床反应过程的主要特点(以三相床合成甲醇与二甲醚为例)(1)床层的等温性由于有导热系数大、热容大的液相产物或惰性液相热载体和存在高度湍动的气-液-固三相,导致反应热迅速分散和传向冷却介质,使得床层接近等温。
(2)反应的高效性由于气液固三相床中一般采用60~120目甚至更小的细颗粒催化剂,催化剂内表面积利用率高,可获得较大的原料气转化率和转化量。
(3)原料的适应性由于有优良的传热性能和合理的副产蒸汽配置,使得液相合成气制甲醇和二甲醚的三相床反应器原料气适应性强,反应物主要组分CO可在大范围内变化,反应温度可由床层快速传热和副产蒸汽量的大小来调节,床层仍可维持恒温在设定的较佳温度。
(4)操作的可塑性由于气液固三相有优良的传热性能与合理的产汽配置,加之床层压降低,操作气速(或质量空速)可在较大范围内变化而反应器仍能正常稳定操作。
(5)节能的现实性由于原料气转化率高,循环气量减少,热效率高。
因而,合成工序可节能25%~30%左右。
(6)联产的可行性原则上可用各种合成气制甲醇与二甲醚,特别是可使煤的燃烧、发电、供汽和化工产品联产,大大提高煤的有效利用率与改善经济效益,并可较容易的做到对现有生产装置的技术改造与产品更换。