反应过程与技术固定床反应技术

1、1会计学反应过程与技术固定床反应技术反应过程与技术固定床反应技术第1页/共92页第2页/共92页1、氮是植物生产所需的主要营养元素，只 有化合态的氮才能被植物所吸收利用;2、1913年实现合成氨工业化生产以来， 为农作物增产发挥了重要作用；3、氢和氮在没有催化剂时的活化能高达 326.4KJ/mol，在400下反应速度极慢;4、在铁催化剂和固定床反应器中，反应活 化能只有175.5 KJ/mol，在400下能以 显著的速度反应生成氨，进而生产得到 尿素、氯化铵等氮肥。本章重点介绍：本章重点介绍： 固定床反应器及其在生产中的应用固定床反应器及其在生产中的应用 催化剂及催化作用催化剂及催化作用第3

2、页/共92页第4页/共92页优点是：优点是： 1、床层内的流动状况可视为理想置换流动，化学反应速度快，所需要的催化 剂用量和反应器体积也小； 2、反应物料的停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，反应的转化 率和选择性高； 3、床层耐压性能好，适宜于高温高压条件下反应，有利于提高设备生产能力 等； 4、催化剂强度高，不易磨损，可以长期连续使用。第5页/共92页缺点是：缺点是：固定床反应器广泛用于气体反应物为原料在固体催化固定床反应器广泛用于气体反应物为原料在固体催化剂作用下的催化生产过程：如石油炼制工业中的裂化、重剂作用下的催化生产过程：如石油炼制工业中的裂化、重整、异构化、加氢精制等；无

3、机化学工业中的合成氨、硫整、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氢制苯乙烯、苯加氢制环已烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氢制苯乙烯、苯加氢制环已烷等。烷等。应用实例：应用实例：第6页/共92页第7页/共92页（a）、（b）、（c）中间换热式；（d）、（e）冷激式第8页/共92页第9页/共92页第10页/共92页第11页/共92页第12页/共92页第13页/共92页第14页/共92页第15页/共92页序序号号结构型式结构型式特点特点生产实例生产实例1典型结构式管内进行

4、气固相催化反应，管外走热载体，通过管壁进行热量换热。如乙烯氧化制环氧乙烷，见图2-2。2沸腾循环式管外走沸腾状态的水，通过水的部分汽化将反应热移走，而热载体温度保持恒定。如乙炔与氯化氢制氯乙烯，见图2-5。3内部循环式热载体在管外与筒体内作循环流动，所吸收的反应热再传递给其它热载体移走。其结构复杂，多见于以熔盐为热载体的高温反应。如丙烯腈、顺酐的生产。4外部循环式热载体通过泵进行内外部循环流动，再由外部换热器对热载体进行冷却，以移走吸收的热量。如乙烯氧化制环氧乙烷，见图2-5。当用液态热载体无法达到高温反应要求时，可用流动性好的烟道气或其它惰性气体作为热载体。如乙苯脱氢反应器。第16页/共92

5、页固定床形固定床形式式结构与特点结构与特点适用场合适用场合绝绝热热式式固固定定床床单段催化剂均匀堆积在床层底部的栅板上，内部无任何换热装置。其特点是反应器结构简单，造价便宜，反应器体积利用率较高。 适用于反应热效应较小、反应温度允许波动范围较宽、单程转化率较低的反应过程。如见图2-3。多段各段属绝热式反应器，段间设有热交换使整个反应过程在适宜的温度下进行。段间换热可分为中间换热式和冷激式两种。适用于反应热效应较大、反应速度较慢、反应温度对反应结果影响较小的反应过程，如图2-4。换换热热式式固固定定床床对外换热以列管式固定床反应器最为常见。通常管内充填催化剂，管间走载热体，使反应在适宜温度下进行

6、。其特点是反应器换热效果较好，催化剂床层温度易控制。适用于强放热或吸热反应过程，尤其是以中间产物为目的产物的强放热复合反应，如图2-5、图2-7。自身换热 换热介质是原料气本身，它能通过管壁将床层反应热移走而本身能达到预热目的。该反应器集反应与换热于一体，设备更紧凑与高效，热量利用率和自动化程度高。适用于热效应不大的放热反应以及高压反应过程。如合成氨和甲醇，如图2-6。 近年来，径向反应器在工业化生产中也得到了广泛应近年来，径向反应器在工业化生产中也得到了广泛应用。当气体通过多孔的分气中心管作径向流动时，由于气用。当气体通过多孔的分气中心管作径向流动时，由于气体流程缩短，流道截面积增大，虽使用

7、较细颗粒催化剂而体流程缩短，流道截面积增大，虽使用较细颗粒催化剂而压降却不大，既节省了动力又提高了催化剂外表面利用率压降却不大，既节省了动力又提高了催化剂外表面利用率。 第17页/共92页（4）热载体）热载体 在列管式固定床反应器中，热载体可通过管壁将反应热移走，以维持反应在适宜的温度下进行。 通常根据反应所需温度范围、热效应大小、操作状况以及过程对温度波动的敏感性等来选择热载体。常用的载热体如表2-2所示：表2-2常用的热载体及温度范围 热载体应具有：热载体应具有：在反应条件下应有良好的热稳定性和在反应条件下应有良好的热稳定性和较大的热容，不形成沉积物，对设备无腐蚀，能长期使用较大的热容，不

8、形成沉积物，对设备无腐蚀，能长期使用，价廉易得等。，价廉易得等。 载热体载热体 温度范围（温度范围（K）组成组成特点特点水或加压水373573潜热大、热稳定性好、无毒腐蚀性小。导热油473623烃、醚、醇、硅油、含卤烃及含氮杂环使用温度高（最高可达400），蒸气压低，使用方便，既可用于加热又可用于致冷。熔盐573773硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠混合物流动性好，最高工作温度可达600的高温。烟道气8731173一氧化碳、二氧化碳等混合气体流动性好，传热效率高，操作简单。第18页/共92页结果表明：改善了床层温度分布的均匀性，提高了催化剂的利用率和目的产品的收率。 目前，热管技术已在乙苯脱氢反应器、

9、环己醇脱氢反应器、均苯四酸二酐反应器、氨合成塔和己烯醛选择性加氢中进行了应用性研究。阅读材料阅读材料 热管技术在固定床反应器中的热管技术在固定床反应器中的应用应用 第19页/共92页第20页/共92页第21页/共92页表面上。催化剂载体并非完全是惰性的，高比表面的载体往往表现出一定的活性，甚至可以与活性组分形成新的活性结构而具有催化作用。氧化铝、硅胶、分子筛、沸石等是最常用的催化剂载体。4、通常情况下，催化剂的活性组分、助催化剂与载体用量分别约占催化剂总质量的10%、0-5%和80-90%。第22页/共92页学键的断裂和新化学键的形成，因此酸碱催化剂具有双重作用：.作为反应物参加了某一步（一般

10、是第一步）反应；.它们又是催化剂。如催化裂解、异构化、择型加氢离解、催化岐化、醇类脱水以及亲核加成反应亲电取代反应芳香族亲核取代反应重排反应和消除反应等。第23页/共92页O2+ e- e+ e- eO2-2O-+ e- e2O2- 通常前两种活性氧种的变化是在低温下进行的，后两种活性氧种的变化是在高温下进行的，且表面存在着气体氧与晶格氧的平衡过程。其中活泼的氧种有两个，即末解离的氧离子O2和解离的氧离子2O，显然这两种氧种对芳烃所表现出的活性与选择性是不同的。这方面典型应用实例如丙烯氧化制丙烯醛、甲苯氧化制苯甲酸、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等。第24页/共92页、指催化剂在使用过程中的物理状

11、态、化学组成和结构在较长时间保持不变的性质。包括耐热稳定性和抗毒稳定性两方面。影响因素主要有：催化剂中毒、活性组分流失、活性金属烧结或微晶粒长大、载体孔结构的烧结、活性表面结炭或吸附原料杂质、催化剂强度受损等。第25页/共92页第26页/共92页第27页/共92页通过活化处理可以改变基体的性质，使之满足最终化学组成、结构要求的催化剂。第28页/共92页料顺序、搅拌速度、沉积速度、PH值、老化温度与时间等。沉淀剂一般选用氢氧化物、碳酸盐等碱性物质和硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、有机酸盐等盐类。（3）混合法混合法将一定比例的各个组分做成浆料后干燥、成型，再经过活化处理制得催化剂。由于催化剂内部活性组分不

12、参与催化反应，因而活性组分利用率不高。第29页/共92页第30页/共92页.如水合氧化铝在热处理过程中物相常发生改变，从而使催化剂具有不同的催化性能。如在适宜的条件下，水合氧化铝首先转化成-单水合物，在500就转化成-氧化铝。2Cr(OH)32Cr2O3+3 H2O第31页/共92页+ H2ONiOH2NiMo2O3H2MoO3第32页/共92页第33页/共92页通常催化剂再生的条件与反应条件有较大差异，往往对能量或设备材质消耗较多。此时，可以在反应器外选择便于催化剂再生的条件进行操作，使催化剂得以再生。第34页/共92页第35页/共92页方向。可以相信，催化技术的发展为推动石油化工、合成材料

13、、用化学品制造、药物合成、环境保护、新能源开发以及生命科学、材料科学等高新技术的发展起着不可或缺的重要作用，必将成为有广阔发展前景的新行业。阅读材料阅读材料催化剂发展前景展催化剂发展前景展望望第36页/共92页过程；n（7）反应产物经外扩散由催化剂外表面传递到气相主体外扩散过程。第37页/共92页 控制步骤控制步骤 在稳态条件下，由于各步骤的阻力与速度不同，整个催化反应过程的总速度必然由阻力最大、速度最慢的一步所控制，该步骤即为控制步骤。动力学控制：动力学控制：涉及到化学键变化的化学过程，如步骤(3)、(4)和(5)。内扩散控制：内扩散控制：由于外扩散过程是借助于流体流动的扩散过程，其扩散速度

14、要比内扩散快得多，因此整个催化反应过程以内扩散控制更为常见。 第38页/共92页（一）物理吸附与化学吸附（一）物理吸附与化学吸附二、催化剂表面的吸附作用二、催化剂表面的吸附作用 吸附比较项目物理吸附化学吸附作用力范德华力化学键力选择性一般：无高度选择性吸附速度吸附活化能小，快具有一定活化能：慢（升温可加快）温 度 对 吸 附 量T吸附量不受温度影响吸附层单分子层或多分子层仅单分子层（限于固体表面）吸附温度低温较高温度吸 附 层 结 构基本同吸附质分子结构形成新的化合价可逆性可逆过程可逆或不可逆（常不可逆）应用测表面积及微孔尺寸测活化中心面积 临界温度以下的气体分子在与固体催化剂表面间的范德华力

15、作用下，被固体吸附的现象称物理吸附。化学吸附则是由于气体分子和固体催化剂之间发生了电子的转移，二者之间产生了化学键力，其性质上有点类似于化学反应。 第39页/共92页 等温吸附方程是研究恒温下达到平衡时吸附质分压与吸附量之间的关系。主要影响因素是吸附质和吸附剂的性质、温度和吸附质的压力，吸附量常用单位质量的催化剂（吸附剂）所吸附气体的体积（V）来表示，单位是m3/kg。kakd A （ 气 体 分 子 ） M （ 固 体 表 面 ） A M （ 吸 附 态 的 气 体 分 子 ）kakd A A （ 吸 附 态 的 ）第40页/共92页AA1吸附速率：脱附速率：.dkak式中 、 分别表示吸附

16、速率常数和脱附速率常数。 当吸附达到平衡时，吸附速率与脱附速率相等。经整理后得 即AAAdaPkk11AAAAAK pK p（2-1） 式中 表示组分A 的吸附平衡常数。 daAkkK 催化剂表面被覆盖的分率也等于实际吸附量V与饱和吸附量Vm之比。即 mAVV1aaAArkpddArk第41页/共92页ApV AAAAmpKpKVV1（2-2） 对 作图可得： ApV V Vm 0 PA图2-14 关系 由图2-14可知: 的关系是双曲线型，它被广泛应用于气固相催化反应过程的研究。 ApV 当压力很低时：即 ，则 ，吸附量V随压力呈线性变化；当压力很高时: 即 ， ，催化剂表面趋于完全覆盖，为

17、一条渐近线。 1AApKAAmpKVV 1AApKmVV 第42页/共92页三、气固相催化反应动力学三、气固相催化反应动力学（一）气固相催化反应速度（一）气固相催化反应速度 气固相催化反应速度常以催化剂质量或催化剂床层体积为基准来表示。即 dtdNmrAA1dtdNVrABA1/1AApdNrVdt （mol/kgs） （mol/m3s） （2-3） （mol/m3s） （2-4） pVBV第43页/共92页BApAArrr/ 式中 催化剂颗粒密度，kg/ m3； 催化剂堆积密度，kg/ m3。 pB第44页/共92页第45页/共92页 豪根（Hougen）-华生（Watson）机理的动力学数

18、学模型。 Ar1、表面反应控制、表面反应控制 （1）双分子不可逆反应 SRBArk设想其机理为：A的吸附B的吸附 表面反应 R的脱附 S的脱附 A + AB + BA + BR + SR + RS + S（ 吸附位） （ 表示控制步骤）第46页/共92页BArAkr式中 表面反应速率常数。 rk对多分子吸附，兰格缪尔吸附方程就变为： SSRRBBAAAAApKpKpKpKpK1SSRRBBAABBBpKpKpKpKpK1代入到反应速度式 则反应速度为：21SSRRBBAABABArApKpKpKpKppKKkr21SSRRBBAABApKpKpKpKpkp（2-5） 若各组分在催化剂表面吸附极

19、弱，即 1 ,一般的均相反应速度式 ,1AABBRRSSK pK pK pK pAABrkp prABkk K K令第47页/共92页A + BR +S表面反应 （控制步骤） A + BR + Sk1k2式中 ，则反应速度为：SRkkr2121/SSRRBBAASRBApKpKpKpKKppppk1ABkk K K12ABRSk K KKk K K（2-6）第48页/共92页（3） 在吸附时解离 2A2 + BR +S如A在吸附时解离，即 A2 + 22A2A + BR + S + *k1k2则反应速度式为VSRAAkkr22132221/SSRRBBAASRBApKpKpKpKKppppk（

20、2-7） 同理，表达式（2-7）中的分母项 , 表明A是解离吸附，分母中三次方表明有三个吸附位参与反应。 22AAKp第49页/共92页A + BR +S其机理为： A + AA + BR + S +kr则反应速度式为AABAArBArApKppKkpkr1（2-8） AAAAApKpK1第50页/共92页2、吸附控制、吸附控制 对于反应 A + BR +SA的吸附为控制步骤 A的吸附B的吸附 表面反应 R的脱附 S的脱附 设想其机理为：A + AkakdB + BA + BR + SR + RS + S反应速度应为A的净吸附速度，即 AaA VdArk pk1RaABARRBBBRRBpkp

21、p KrpKK pK pparBdRk K KKk KBrRRBKKKKR VrK 其中第51页/共92页3、脱附控制、脱附控制 对于反应 A + BR +SR的脱附为控制步骤 BAABBBAARBAAppKpKpKKpppkr1反应速度为 BArABKKKKBArbKKKkk BArbaKKKkkK 其中 小结：小结： 气固相催化反应既包含化学过程（吸附、反应、脱附），也包含物理过程过程（内外扩散），从而造成了气固相催化反应动力学问题要比均相反应复杂得多。通常可以通过对反应过程机理模拟来建立动力学数学模型（如Langmuir吸附模型），再根据在一定反应条件下所得的大量动力学实验数据确定该模型

22、参数值，最后经实验加以验证、完善，从而确定该反应的动力学方程式。 上面介绍了不同控制步骤及机理导出的反应速度表达式。从反应速度式中分子、分母和次方项很容易看出所设想的机理，如反应分子与活性中心的种类、参与吸附的分反应分子与活性中心的种类、参与吸附的分子、是否解离、是可逆还是不可逆反应以及控制步骤子、是否解离、是可逆还是不可逆反应以及控制步骤等，这对于工程技术人员指导气固相催化反应器操作具有一定的现实意义。 第52页/共92页表2-5气固相催化反应机理及其反应速度式 化学反应式化学反应式机理及控制步骤机理及控制步骤反应速度表达式反应速度表达式表表面面反反应应控控制制其它组分相应的吸附与脱附平衡同

23、前（下同）且A在吸附时解离吸附A与气相的B反应吸吸附附控控制制脱脱附附控控制制SRBArk A + BR + SA2 + BR +SA + BR +SA + BR + SA + BRA + AB + BR + RS + SA + BR + S21rABA BAA AB BR RS SkKK p prK pK pK pK p21SSRRBBAABApKpKpKpKpkp21/)(SSRRBBAASRBAApKpKpKpKKppppkr32221/)(SSRRBBAASRBAApKpKpKpKKppppkrAABAArBArApKppKkpkr11RaABARRBB BR RBpk pp KrpK

24、K pK ppBAABBBAARBAAppKpKpKKpppkr1A2 + 22A2A + BR + S + *k1k2A + AA + BR + S +krA + AkakdR + Rkakd第53页/共92页第54页/共92页（一）颗粒直径与形状（一）颗粒直径与形状催化剂的形状多样，如球形、圆柱形、环状、片状、无定形等，其中以球形与圆柱形更为常见。球形颗粒可直接用直径来表示其大小，而非球形颗粒常用相当直径来表示其大小，其形状用形状系数来表示。 1. 三种相当直径1/31/361.241PVPVdV1/2/aPdA66PSPVdaA体积相当直径 面积相当直径 比表面相当直径 PPVAa、 、

25、式中 分别表示非球形颗粒的体积、面积和比表面。 床层中，研究流体力学：体积相当直径；研究传热传质：面积相当直径。床层中，研究流体力学：体积相当直径；研究传热传质：面积相当直径。（2-25） （2-26） （2-27） 第55页/共92页2. 平均直径床层催化剂颗粒的平均直径可用调和平均法计算得到，即 Pd11niiPixddixidix式中各种筛分粒径所占的质量分数；质量分数为的筛分颗粒的平均粒径，m。各筛分颗粒的平均粒径取上、下筛目尺寸的几何平均值。即 id/iiiddd 表2-6 标准筛的部分规格 目数20 40 60 80 100 120 140孔径，m（103）0.920 0.442

26、0.272 0.196 0.152 0.121 0.1053. 形状系数paSAA（2-28） （2-29） 球形颗粒：，球形颗粒：，非球形颗粒非球形颗粒 ：1S 1S第56页/共92页（二）床层空（二）床层空隙率隙率指颗粒间的自由体积与整个床层体积之比，可用下式直接计算：Bp1（2-31） 影响因素： 催化剂：粒径，形状，表面粗糙度，充填方法，粒度分布 PPddDD ： ，气流分布愈不均匀，要求 以上 8PDd径向分布不均（存在壁效应）： 贴壁处：达最大； 离壁(12) ：也较大； Pd床层中部：最小。 第57页/共92页510dmmhmm，高Savddd，S例例1 某圆柱形催化剂，直径 。

27、求该催化剂的相当直径及形状系数。解：对于圆柱体催化剂：其体积为： ，面积为： hdVP242 r(h+r)PA则体积相当直径：1112233-3366 0.0050.016=() =7.21 10 (m)=7.21(mm)44PVVd hd面积相当直径：1112222552107.9122Par h rAdmm 比表面相当直径：mmrhrhdAVdPPS62510252105416246622形状系数：832. 021. 76VSSdd第58页/共92页（三）固定床的当量直径（三）固定床的当量直径固定床的当量直径就是4倍的水力半径，即： 4244()3 1-eHSedRdS流道有效截面积流道润

28、湿周边长式中床层比表面，m-1。 eS6(1- )eSSd第59页/共92页（四）催化剂的（四）催化剂的装填装填催化剂装填的步骤和方法如下： 1. 装填前必须将催化剂过筛，以防催化剂不均匀性对床层的影响。2. 催化剂床层的底部和顶部须装有栅板、耐火球或不锈钢网等构件，以防催化剂移动。3. 装填过程中催化剂应分散铺开，装填均匀，不能集中倾倒。为避免催化剂从高处落下造成损坏，可以采用布袋或金属管将加料斗中的催化剂以尽量低的高度轻轻倒入床层中。也可以采用在加料斗底部装有活动开口底，通过加料斗移动来控制加料位置，通过吊绳控制活动开口大小、加料速度。4. 用人工安装时，可以将催化剂一小桶或一小袋装进床层

29、中，要小心倒出、均匀分散。操作人员必须站在木板上，严禁直接踩踏在催化剂上。 5. 装填时可采用振动内件的方法，边振动边装填；或在床层底部鼓风进行装填，从而保证均匀填实。6. 注意控制催化剂颗粒自由落下的高度（通常低于0.5米），每根管子阻力的相对误差要在一定范围内，催化剂表面要平整。7. 装填完后可以用空气或原料气将催化剂中的粉尘吹除干净。 第60页/共92页第61页/共92页（一）流动（一）流动特性特性 床层内流体的流动分成两部分：一部分是流体以平均流速沿轴向作理想置换流动；另一部分为流体的径向和轴向的混合扩散，包括分子扩散（层流时）和涡流扩散（湍流时）。 （二）气体的分布（二）气体的分布1

30、. 气体分布不均匀性的原因主要原因在于：一是由于床层空隙率分布的不均匀性，造成流体流速分布的不均匀性，使得反应物在床层内停留时间或反应程度不一；其次是催化剂颗粒在堆积过程中极易产生的沟流、短路等现象；三是未经处理以较大气流进入反应器的气体反应物，其中具有相当大动能的部分反应物直接冲入床层。这样就造成了不同停留时间的物料混合，引起了返混，最终影响到反应结果。 第62页/共92页2. 提高气体分布均匀性的方法 （1） 催化剂大小要均一，充填时注意保持各个部位密度均匀，保证催化 剂床层各个部位阻力相同；（2） 消除气流初动能，使气流均匀流入反应器床层。可在反应器的气流入口处设附加导流装置：如装设分布

31、头、扩散锥或填入环形、栅板形、球形等惰性填料（如图2-15）；或增设环形进料管或多口螺旋形进料装置（如图2-16）等。 分布锥设置栅板分配头图2-15 消除初始动能的方法示意图 图2-16附加导流装置示意图 第63页/共92页（三）床层压降（三）床层压降流体通过床层所产生的压降，主要来源于流体与颗粒表面间的磨擦阻力和流体在通道内的收缩、扩大与撞击颗粒、变向分流等引起的局部阻力。其计算可仿照流体在空管中流动的压降公式进行合理修正，最常用的是埃碙（Ergun）公式。 流体在空圆管中等温流动的压降为202ftuLfd tdfOu式中压降，Pa；L管长，m； 管内径，m； 流体密度，kg/m3； 流体

32、平均流速，m/s。对于固定床：流体在固定床中的流动长度 ，LfLL/气体在空隙中的流速， /Ouu床层当量直径， Sedd132第64页/共92页整理后得： 2031fmSuLfd （2-32） 其中： 1501.75mMfR（2-33） 011()()11SfSMffdud GR式中修正的雷诺数 ，MR式（2-32）中包括两项。第一项代表磨擦阻力损失，第二项则代表局部阻力损失。10MR 1000MR 当 时为层流，计算压降时可省去第二项；当 时为充分湍流，计算压降时可省去第一项。 第65页/共92页第66页/共92页第67页/共92页第68页/共92页mtKQAmt 第69页/共92页第70

33、页/共92页一、温度调节一、温度调节提高反应温度可使裂化反应速率加快，原料的裂化程度加深，生成油中低沸点组分含量增加，气体产率增高。但反应温度的提高，使催化剂表面积炭结焦速率加快，影响了催化剂的使用寿命和正常生产。1. 控制反应器人口温度控制反应器人口温度严格控制反应器入口物料的温度，这是整个反应装置的重要工艺指标。若有两股以上进料，可通过调节两股物料的比例使反应器入口处的温度保持恒定。通常加氢裂化反应器可以通过加大循环氢量或减少新鲜通常加氢裂化反应器可以通过加大循环氢量或减少新鲜进氢量的方式来调节反应器的入口温度。进氢量的方式来调节反应器的入口温度。 2. 控制反应床层间的冷激氢量控制反应床

34、层间的冷激氢量加氢裂化属强放热反应。若热量不及时移走下一段床层温度 反应速度放热量 促使反应物温度 造成床层温度失控（即“飞温”现象），引起严重的操作事故。在正常的生产操作中，可以通过调节冷激氢量来降低在正常的生产操作中，可以通过调节冷激氢量来降低床层温度。床层温度。 3. 原料组成的变化对反应温度的影响原料组成的变化对反应温度的影响 原料中硫和氮含量 ，床层温度 ；原料中杂质增多，床层温度 ；原料变重，温度 ；而原料含水量增加，则床层温度会出现 。第71页/共92页4. 反应初期与末期的温度变化反应初期与末期的温度变化生产初期，催化剂的活性较高，反应温度可以稍低些；生产末期，催化剂活性降低，

35、为保证反应速率和生产能力的相对稳定，可以在允许操作范围内适当提高反应温度。5. 反应温度的限制反应温度的限制床层任一温度超过正常温度15时，停止进料；超过正常温度28时，需采用紧急措施，启动高压放空系统；体系压力降低，可降低反应物浓度（反应速度），以防反应失控。 加氢裂化加氢裂化反应器反应器第72页/共92页第73页/共92页二、压力的调节二、压力的调节加氢催化裂化属高压反应，反应压力可通过氢气的分加氢催化裂化属高压反应，反应压力可通过氢气的分压来调节的。压来调节的。提高氢分压，可以提高加氢反应速度，脱硫、脱氢率提高，有利于胶质、沥青质的脱除。原料中多环芳烃和杂质的含量越高，所需的反应压力高。

36、1. 氢气压缩机（新鲜和循环）的压力调节 新鲜氢压缩机用来补充系统反应消耗掉的氢，循环压缩机是维持过量的氢循环和系统压力，两种平衡即维持系统压力。通常不必改变循环压缩机出口压力和高压分离器压力调节器给定值。压力调节可通过压力调节器来控制。若压力升高，可通过压缩机每级的返回量来调节，必要若压力升高，可通过压缩机每级的返回量来调节，必要时可通过增加排放量来调节。压力降低，一般需增加新鲜氢时可通过增加排放量来调节。压力降低，一般需增加新鲜氢的补充量。的补充量。2. 反应温度的影响3. 原料变化的影响反应温度升高可导致加氢裂化反应程度的加大，耗氢量增加，压力下降。因而反应过程中须严格控制反应温度，尽量

37、避免出现温度波动。 原料改变，耗氢量也变，则装置压力降低，循环氢压缩机入口流量下降，此时需补充新鲜氢气。如果原料带水，系统压力会上升，系统压差增大。第74页/共92页三、氢油比的控制三、氢油比的控制循环气量增大既可维持系统氢分压，也有利于加氢反应进行。过剩的氢气可保护催化剂表面，防止油料在催化剂表面缩合结焦。氢油比增加，可及时地将反应热移走，从而使反应器内温度更易控制。氢油比过高会造成系统压力降增大，油品和催化剂接触的时间缩短，导致反应程度下降，循环压缩机负荷增大，动力消耗增加。选择适当的氢油比并在反应过程中保持恒定是非常重选择适当的氢油比并在反应过程中保持恒定是非常重要的。要的。 氢油比或反

38、应物循环量大小直接影响到氢分压和油品的停留时间，进而影响油品的汽化率。四、空速操作原则四、空速操作原则 在操作过程中，应“先提空速后提温”，而降空速降温时则“先降温后降空速”。否则会造成加氢裂化反应的加剧，氢纯度下降，引起催化剂表面的积炭。在不正常情况下，应避免空速大幅度下降，从而引起在不正常情况下，应避免空速大幅度下降，从而引起反应温度极度升高。反应温度极度升高。 第75页/共92页五、催化剂器内再生操作五、催化剂器内再生操作器内再生是催化加氢裂化催化剂常用的再生手段，可避免催化剂的装卸，缩短了再生时间，是一种广泛使用的再生方法。具体步骤：1. 再生前预处理再生前预处理 首先降温。遵循“先降

39、温后降量”的原则，按工艺要求的降温速率进行。当降到规定温度后，可停止进料，用惰性气体（工业氮气）对系统进行吹扫，将系统内的烃类和氢气吹扫干净。当反应器出口处烃类和氢气含量l即可。2. 再生操作再生操作催化剂表面的结炭可用氧气燃烧来消除。需配一定量的氮气以控制氧浓度和烧炭速率，避免在燃烧过程中烧毁催化剂。催化剂再生过程中，应注意控制一定的升温速率（床层最高温度与反应器入口温度之差70）。同时床层最高温度500，否则会损坏催化剂。3. 再生结束再生结束随着催化剂积炭的减少，此时可提高氧浓度。当床层无明显温升时，逐步增加空气量（氧含量可达10），维持4h，无明显温升时认为再生过程结束。在降温过程中，

40、注意观察床层内各点温度，如有燃烧迹象需立即减少空气量或停送空气，并增加蒸汽量以控制燃烧。通常降温速率以2530h为宜。第76页/共92页第77页/共92页第78页/共92页第79页/共92页第80页/共92页事故处理事故处理 事故名称事故名称主要现象主要现象处理方法处理方法氢气进料阀卡住氢气量无法自动调节1降低EH-429冷却水量；2用旁通阀KXVl404手动调节氢气量预热器EH-424阀卡住换热器出口温度超高1增加EH-429冷却水量；2减少配氢量闪蒸罐压力调节阀卡住闪蒸罐温度、压力超高1增加SH-429冷却水量；2用旁通阀KXVl434手动调节反应器漏气反应器压力迅速降低停工EH-429冷却水进口阀卡