項目三固定床反應器的操作與控制任務0301乙苯脫氫反應器的選型中山石化3萬噸/年苯乙烯裝置某石化3萬噸/年苯乙烯裝置

任務引入：

該裝置六十年代建成，采用單段絕熱反應器，水蒸汽作稀釋劑，同時提供反應所需的熱量。反應器結(jié)構(gòu)簡單，制造費用低。但水蒸汽耗量大，水烴比為16；進出口溫差大，轉(zhuǎn)化率只有35%，選擇性也只有90%?，F(xiàn)想新建一套6萬噸/年苯乙烯，欲選擇新的脫氫反應器，提高轉(zhuǎn)化率和選擇性，以降低乙苯單耗和能耗。任務點及其要求0301-1乙苯脫氫的反應原理及苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法能簡要說明乙苯脫氫的反應原理及其反應特點能簡述乙苯的工業(yè)生產(chǎn)方法并進行簡單評價；0301-2物料的性質(zhì)能簡單描述產(chǎn)品、原料、催化劑的物理化學性質(zhì)0301-3生產(chǎn)工藝流程能畫出乙苯脫氫反應的工藝流程圖并加以簡要說明0301－4氣固相反應器的類型、結(jié)構(gòu)及其應用能夠以表格形式總結(jié)說明氣固相反應器的類型、結(jié)構(gòu)及其應用0301－5氣固相反應器的選型分析能總結(jié)固定床反應器的特點，能夠根據(jù)反應器特點合理選擇固定床反應器0301－66萬噸/年乙苯脫氫反應器的選型能根據(jù)工藝條件對乙苯脫氫反應器進行分析和選型.反應特點

1、可逆強吸熱反應

2、體積增大反應

3、溫度過高會使乙苯熱分解反應（平行副反應）和苯乙烯聚合反應（連串副反應）加速，產(chǎn)物苯乙烯收率降低。

乙苯脫氫的反應原理主反應：

0301-1乙苯脫氫的反應原理及苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法1、乙苯直接脫氫法2、乙苯氧化脫氫法3、以甲苯為原料的合成法4、乙烯和苯直接合成法(醋酸鈀作用下)5、裂解汽油中萃取分離苯乙烯總結(jié)苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法0301-2物料的性質(zhì)

要點：通過查資料，了解以下產(chǎn)品、原料和催化劑的理化性質(zhì)

1、苯乙烯

2、乙苯

3、氫

4、催化劑（根據(jù)具體情況定）

0301-3苯乙烯的生產(chǎn)工藝流程氣固相催化反應器

氣固相催化反應器可以分為固定床反應器與流化床反應器固定床反應器：原料氣以一定流速通過靜止催化劑的固體層。是氣固相催化反應器的主要型式，在化學工業(yè)中得到了廣泛應用。如裂化、重整、異構(gòu)化、加氫精制、合成氨、天然氣轉(zhuǎn)化、乙苯脫氫等。流化床反應器：原料氣以一定的流動速度使催化劑顆粒呈懸浮湍動，并在催化劑作用下進行化學反應的設備,是氣固相催化反應常用的一種反應器。氣－固相催化反應器固定床反應器流化床反應器絕熱式換熱式內(nèi)冷式外冷(熱)多段絕熱單段絕熱總結(jié)氣－固相催化反應器的基本類型

0301-4氣固相反應器的類型、結(jié)構(gòu)及其應用單段絕熱式多段絕熱式（a）中間換熱式ⅠⅣⅢⅡⅠⅣⅢⅡ（b）原料氣冷激式

ⅠⅣⅢⅡ(c)非原料氣冷激式

徑向絕熱反應器列管式（對外換熱式）固定床反應器自熱式固定床反應器固定床反應器的分類及性能比較特點反應器名稱結(jié)構(gòu)示意圖優(yōu)點缺點適用催化劑固定在床層中絕熱式單段絕熱式結(jié)構(gòu)簡單，反應器生產(chǎn)能力大反應過程中溫度變化大熱效應不大，允許溫度有較寬變動范圍的反應過程；熱效應較大，但對反應溫度不很敏感的反應過程；反應速率非?？斓倪^程多段絕熱式中間換熱床層溫度變化較單段式有改善換熱裝置效率不高，而且層間容積不能太大換熱量要求不太大的情況原料氣冷激式結(jié)構(gòu)簡單，便于裝卸催化劑，內(nèi)無冷管，避免由于少數(shù)冷管損壞而影響操作床層溫度變化較大大型催化反應器非原料氣冷激徑向絕熱式壓降小、空速大、可使用小顆粒催化劑對分布流道的制造要求較高；要求催化劑有較高的機械強度，以免催化劑破損而堵塞分布小孔，破壞流體的均勻分布新型高效節(jié)能反應器換熱式對外換熱式管徑較細可視為理想置換流動；反應速率快，選擇性高；采用小管徑，傳熱面積大，傳熱效果好，易控制催化劑床層溫度；結(jié)構(gòu)較復雜，設備費用高原料成本高，副產(chǎn)物價值低以及分離不是十分容易的強放熱反應情況自熱式把原料的預熱和產(chǎn)物的冷卻過程融為一體，大大提高了能量利用水平預熱原料所需熱量與反應釋放熱量相差甚遠的，需附加大量熱交換面積，系統(tǒng)控制要求大大提高熱效應不大的高壓放熱反應過程總結(jié)固定床與流化床反應器的特點

0301-5氣固相反應器的選型分析特點催化劑顆粒尺寸反應速率反應效果傳熱特性催化劑更換固定床催化劑顆粒大，以避免壓降過大；催化劑利用率下降返混小，反應速率較快（類似于PFR）停留時間和溫度分布可控，可達高選擇性和轉(zhuǎn)化率傳熱較差，催化劑載體往往是熱的不良導體催化劑不易磨損；但更換時必須停產(chǎn)，且更換勞動強度大，因此對催化劑使用壽命要求高流化床催化劑顆粒較小，可消除內(nèi)擴散阻力，充分發(fā)揮其效能，減少用量返混大，反應速率較慢（類似于CSTR）產(chǎn)品選擇性和轉(zhuǎn)化率較低，且由于溝流偏流等存在，設備要求比較高傳熱強度高，整個床層處于恒溫狀態(tài)，可在最佳溫度點操作催化劑容易磨損，但失活催化劑可迅速再生氣固相催化反應器的選擇應綜合考慮：1、反應特點熱力學角度：反應發(fā)生的條件；反應的熱效應；是否可逆；體積增大還是減小等動力學角度：主、副反應的競爭關系（平行、連串等）、主副反應的活化能比較等2、工藝要求熱力學角度：溫度（高溫/低溫）；壓力（高壓/低壓）；供熱還是移熱動力學角度：反應器內(nèi)是否需要溫度、濃度的分布等以提高主反應的速度和選擇性3、反應器特點固定床（絕熱、換熱等）、流化床、移動床4、催化劑性能活性組分、適宜的使用溫度、機械強度等1、對反應器的要求分析反應特點對反應器要求1、可逆強吸熱反應1、溫度要求：需要高溫條件2、供熱要求：需在高溫下向反應系統(tǒng)供給大量熱量2、體積增大反應3、壓力要求：低壓下進行，壓降應小3、溫度過高會使乙苯熱分解反應（平行副反應）和苯乙烯聚合反應（連串副反應）加速，產(chǎn)物苯乙烯收率降低。4、溫度控制要求：進出口溫度都不宜過高，床層溫度應較均勻0301-66萬噸/年乙苯脫氫反應器的選型

2、初步確定的可選擇范圍

列管式等溫反應器以煙道氣為載熱體提供反應所需熱量，以水蒸汽為稀釋劑采用常壓操作。

多段絕熱反應器水蒸汽分段導入，常壓操作多段徑向絕熱反應器負壓下反應，水蒸汽分段導入（1）技術指標:反應速率(對一定的反應器體積和物料處理量,

反應速率與轉(zhuǎn)化率相當)

反應選擇性（2）經(jīng)濟指標：生產(chǎn)成本或利潤（3）生產(chǎn)過程費用:原料費用設備費用操作費用:人工費、動力消耗、能量消耗、設備維修、公共事業(yè)等（4）生產(chǎn)安全（5）產(chǎn)品質(zhì)量（6）對環(huán)境的影響等3、技術經(jīng)濟等指標比較列管等溫式多段絕熱式多段徑向絕式轉(zhuǎn)化率（%）40～456465選擇性（%）92～959296.8水烴比（mol比）7～9128.24.選擇結(jié)果