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1、A0201 乙烯脱氢反应器的选型,第六组 组员：戴亚凯、刘行贵、施奇云、金岩岩、姚友林、王伟,A0201-1 乙笨脱氢反应的反应原理及其工业化方法,1本反应的主副反应 主反应：,副反应：,催化剂 采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3CuOK2OCr2O3CeO2。,反应原理：以乙苯为原料，按1.31.8水比加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反应生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。,这是一个强吸热，可逆增分子反应。,工业化生产方法,新鲜乙苯和循环乙苯混合后与过热蒸汽一起进入两个串联的固定床反应器。反应温度
2、600，第一反应器的压力为零，第二反应器的压力为-2磅/英寸，蒸汽/乙苯=8/1.反应后的气体混合物进入冷凝器，冷凝物在油水分离器分离，水经过净化后返回锅炉使用。物料经笨-甲苯、乙苯回收塔、精制塔、残夜精制塔四个塔分离出笨、甲苯、乙苯、苯乙烯和焦油。笨和甲苯再经分离，笨返回烃化器，甲苯作为商品，乙苯返回脱氢工序。苯乙烯作为主要产品送至储罐。焦油残留物从最后一个塔底排除。,流程图如下：,A 0201-2 产品、原料、催化剂的物理化学性质,苯乙烯 无色、有特殊香气的液体。主要由乙苯制得，是聚合物的重要单体。 物理性质 熔点:-31 相对密度:0.902g/cm3 溶解性:0.3 g/L (20)
3、相对蒸气密度（空气=1）：3.6。 蒸气压（kPa）：1.33（30.8）。 燃烧热（kJ/mol）：4376.9。 辛醇-水分配系数（KOW）：3.2。 溶解性：不溶于水，溶于醇、醚等多数有机溶剂。,化学性质 在不受辐射的催化剂的作用下，苯乙烯迅速生成一种广泛用于模压制品的塑料，聚苯乙烯，它还可以与丁二烯发生化学反应形成一种异分子聚合物，即合成橡胶，还有一些单分子体（如氯乙烯）可与苯乙烯发生共聚反应，生成化聚苯乙烯质量更好的塑料或树脂。 其分子中烯键较活泼，易受亲电试剂及自由基的进攻，催化氢化得到乙苯，然后得到乙基环己烷；在醇与钠中得乙苯；铬酸氧化可得苯甲酸；硝酸氧化得硝基苯甲酸；气相氧化得
4、苯甲酸；五氧化二钒催化，400得顺丁稀乙酐，过氧酸作用得苯基环氧乙烷；臭氧氧化得苯甲醛；氯化、溴化得，-二卤代乙苯；氢卤酸加成得-卤代乙苯；硫酸存在下与甲醇反应生成-甲氧基乙苯。,危险特性：其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。遇酸性催化剂如路易斯催化剂、齐格勒催化剂、硫酸、氯化铁、氯化铝等都能产生猛烈聚合，放出大量热量。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。,乙苯 乙苯是一个芳香族的有机化合物，主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品聚苯乙烯。尽管在原油里存在少量的乙苯，但
5、大批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中。,物理性质 外观与性状： 无色液体，有芳香气味。 熔点()： -94.9 沸点()： 136.2 相对密度(水=1)： 0.87 相对蒸气密度(空气=1)： 3.66 饱和蒸气压(kPa)： 1.33(25.9) 临界温度()： 343.1 临界压力(MPa)： 3.70,乙苯 - 健康危害 乙苯对皮肤、粘膜有较强刺激性，高浓度有麻醉作用。 急性中毒：轻度中毒有头晕、头痛、恶心、呕吐、步态蹒跚、轻度意识障碍及眼和上呼吸道刺激症状。 重者发生昏迷、抽搐、血压下降及呼吸循环衰竭。可有肝损害。直接
6、吸入本品液体可致化学性肺炎和肺水肿。 慢性影响：眼及上呼吸道刺激症状、神经衰弱综合征。皮肤出现粘糙、皲裂、脱皮。,氢气 无色无味的气体，标准状况下密度是0.09克/升(最轻的气体)，难溶于水。在-252,变成无色液体,-259时变为雪花状固体。 物理性质 分子式：H2 沸点：-252.77（20.38K) 熔点：-259.2 密度：0.09 kg/m3 相对分子质量：2.016 三相点：-254.4,化学性质 氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。 可燃性(可在氧气中或氯气中燃烧) 还原性(使某些金属氧化物还原),催化剂 1、早期采用的有美国加利福尼亚标准油公司的
7、镁系催化剂和德国法本公司的锌系催化剂。第二次世界大战后，广泛采用美国壳牌石油公司开发的以氧化铁为主要成分的催化剂(Fe2O3:K2O:Cr2O3=87:10:3)，乙苯转化率约60，选择性约87。 2、1978年，又出现了一种加有多种助催化剂的铁系催化剂，苯乙烯选择性可达95，加入的助催化剂多为碱金属或碱土金属，如钾、钒、钼、钨、铈、铬等。,脱氢反应是乙苯在催化剂床层中，于600 左右高温下发生的催化脱氢反应。所用催化剂的性能除了脱氢活性之外，特别重要的是对于生成苯乙烯的选择性要高，并且在高温和水蒸汽存在条件下的稳定性要好，使用寿命要长，这些都是至关重要的。 脱氢催化剂的毒物是氯离子，必须控制
8、进料中的氯离子含量，以防催化剂中毒失效，更重要的是在催化剂床层中不能有游离水。催化剂床层进水，则催化剂结块和有效成份流失，导致床层阻力上升，最终影响转化率、选择性指标。,1.按催化剂流动状态分：固定床、流化床、移动床 2.按移热（供热）方式分：绝热式、连续换热式和多段换热式（原料气冷激和非原料气冷激） 3.按反应器结构分：单段绝热式、多段绝热式、列管式和自热式,气固相反应器的分类,A0201-4 气固相反应器的类型、结构及应用,固定床反应器 绝热式 单段绝热式 多段绝热式 换热式 对外式 自热式 径向反应器 流化床反应器 类型 单器和双器 自由床和限制床 结构 主体 气体分布装置 内部构件 换
9、热装置 气固分离装置,固定床反应器 定义：在反应器中，若原料气以一定流速通过静止催化剂的固体层，通常把这类反应器称为固定床反应器。,流化床反应器 定义：若原料气通过反应器时，固体颗粒受流体的影响而悬浮于气流中，这类反应器称为流化床反应器。,（一）绝热式固定床反应器 1、单段绝热式,特点：结构简单，反应器生产能力大，但反应过程中温度变化较大。 适用： 反应热效应不大，反应过程允许 温度有较宽变动范围的反应过程； 热效应较大的反应只要对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程，有时也使用这种类型的反应器。,2、多段绝热式,（a）中间换热式,平衡温度线,最佳温度线,x,T,2、多段绝热式,（b）原料
10、气冷激式,平衡温度线,最佳温度线,x,T,2、多段绝热式,(c)非原料气冷激式,平衡温度线,最佳温度线,x,T,平衡温度线,特点及适用： 多段绝热式弥补了单段绝热式的不足；将反应气体冷却至远离平衡温度曲线再进行下一段绝热反应。 冷激式反应器结构简单，便于装卸催化剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏而影响操作，特别适用于大型催化反应器。,换热式固定床反应器 1、对外换热式,特点： 采用小管径，传热面积大，有利于强放热反应； 传热效果好，易控制催化剂床层温度； 管径较细，流体在催化床内流动可视为理想置换流动，故反应速率快，选择性高； 结构较复杂，设备费用高。 适用 ： 原料成本高，副产物价值低以及分
11、离不是十分容易的情况。,换热式固定床反应器 2、自热式 反应前后物料 在床层中自行 进行换热,特点： 把原料的预热和产物的冷却过程融为一体，大大提高了能量利用水平。 应用： 只适用于热效应不大的高压放热反应过程。如中小型合成氨厂的氨合成和甲醇的合成。 对于预热原料所需热量与反应释放热量相差甚远的，需附加大量热交换面积，且系统控制要求大大提高，故不适宜。,二、流化床反应器的类型与结构,（一）流化床反应器的分类,1、按照固体颗粒是否在系统内循环分类：分为单器及双器,流化床反应器的结构,适用场合：热效应很大的吸热或放热过程.要求有均一放热催化剂温度和精确控制温度的反应：催化剂寿命比较短，操作较短时间
12、就需要更换的反应，有爆炸危险的反应。,1、流化床反应器主体 锥底 浓相段 稀相段 扩大段,2、气体分布装置：使气体均匀分布，以形成良好的初始流化状态。,3、内部构件 档板和档网：主要用来破碎气体在床层中产生的大气泡，增加气固相接触的机会：减少返混，从而增加反应速率和提高转化率。,4、换热装置：用来取出或供给热量。,5、气固回收装置：回收气流中带有的细粒和粉尘。,固定床与流化床反应器的特点,A0201-6 6万吨/年乙苯脱氢反应器选型的分析,选用两段绝热式固定床反应器 这个反应不需要严格控制反应的温度，从提高转化率的角度考虑，选用固定床是反应器。 又由于这是一个强吸热，采用一段，温度降得太低，影响转化率，采用两段中间补偿一定的热量，这样可以避免了温度过低。而且反应器结构简单。,
