Достоинства и недостатки реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора

Конструкции реакторов с кипящим слоем

Реакторы с кипящим слоем катализатора

Реакторы кипящего слоя применяют в промышленности для крекинга нефтепродуктов на алюмосиликатном катализаторе. Эти реакторы являются самыми крупными аппаратами с кипящим слоем катализатора.

Например, для гидрирования окиси углерода (с целью синтеза метанола, высших спиртов, синтина) и в синтезе аммиака (для гидрирования азота на железном катализаторе).

Кипящий слой оказался более технологичным и экономичным, чем фильтрующий (неподвижный) слой катализатора, во многих окислительных процессах, в частности, при окислении этилена до окиси, нафталина и ортоксилола до фталевого ангидрида, сернистого ангидрида до серного и т.д.

Очистка технологических и отходящих газов от ядовитых и вредных компонентов в ряде производств осуществляется путем каталитического превращения вредных веществ в безводные (окисление углеводородов и их производных до СО₂, Н₂О). В большинстве случаев отходящие газа содержат пыль, которая быстро засоряет неподвижный слой катализатора. Наилучшим выходом из затруднения при очистке запыленных газов является катализ в кипящем слое.

В нашей стране и за рубежом ведутся исследования по применению метода кипящего слоя во многих процессах.

Большое распространение получили многополочные контактные аппараты для окисления двуокиси серы на 97 - 99 %. В зависимости от концентрации SO₂ в газе может быть разное число полок — от 4 до 6.

Четырехполочный аппарат рисунок .36 предназначен для переработки газа от сжигания серы с концентрацией 9 - 10 % (объемн.) SO₂. Температура первого слоя регулируется частично поступающим холодным газом. В последующих слоях установлены холодильники и температура регулируется количеством поступающей в них воды.

1) Метод кипящего слоя позволяет прежде всего повысить интенсивность работы катализаторов в результате использования внутренней поверхности зерен катализатора (d < 1,5 мм), дает возможность почти полностью снять внутридиффузионные торможения, характерные для неподвижного слоя.

2) Интенсивность работы катализатора и срок его службы возрастает также вследствие снятия местных перегревов и переохлаждений контактной массы, столь характерных для неподвижного слоя особенно при слеживании и спекании гранул в виде кусков и корок на поверхности слоев и теплообменных поверхностей.

1 - коллектор для равномерного ввода газа; 2 - корпус; 3 - термопары; 4 - люки; 5 - отбойник; 6 - элементы холодильника; 7 - футеровка; 8 - рабочая решетка; 9 - решетка для выравнивания потока газа.

Рисунок 209 - Схема 4-х полочного аппарата КС.

3) Использование метода кипящего слоя привлекает также компактностью контактных аппаратов и легкостью их автоматизации.

4) Площадь теплообмена в контактных аппаратах КС при переработке концентрированного газа уменьшается по сравнению с неподвижным слоем примерно в 20 раз.

5) Кипящий слой не засоряется пылью и гидравлическое сопротивление его при эксплуатации остается постоянным, тогда как гидравлическое сопротивление неподвижного слоя даже при условии тонкой очистки газа возрастает в течении года в 1,5-2 раза.

6) Отравляемость катализатора в кипящем слое по сравнению с неподвижным слоем уменьшается, т.е. в условиях неподвижного слоя пылинки окислов железа (кор-розионная пыль их газоходов) и соединения мышьяка осаждаются на поверхности зерен, экранируют их и затем частично вступают в физико-химическое взаимодействие с катализатором, отравляя его. Во взвешенном слое непрочные пленки Fe₂O₃, As₂O₅ или других веществ легко стираются с поверхности прочных зерен катализаторов при трении друг о друга и уносятся из аппарата с потоком газа.

Применение мелкозернистого прочного катализатора обеспечивает легкую пневматическую разгрузку контактного аппарата.

Развитие реакторов идет по пути наращивания мощностей. В 60-е годы устанавливали контактные аппараты для окисления двуокиси серы мощностью 50 - 100 т/сутки в пересчете на H₂SO₄; в 80-е — 200 - 350 т/сутки, а ныне эксплуатируются системы мощностью 1000 т H₂SO₄ в сутки и проектируются мощностью 2500 т/сутки.

Таким образом кипящий слой отличается от неподвижного слоя скоростью процесса, устойчивостью работы слоя во времени, возможностью замены и регенерации катализатора, способами подвода и отвода тепла в зону катализа.

Основными недостатками кипящего слоя являются: наличие большого количества пылеулавливающих средств, истирание катализатора вследствие ударов и трения зерен друг о друга, о стенки реактора и теплообменника, элементы, помещенные в слое, а также наличие эрозии стенок аппарата, которая сильно зависит от абразивной способности зерен.

Например, зерна окисло-железных катализаторов истираются быстрее, чем зерна селикагеля. Это связано, очевидно, с известной абразивной способностью окиси железа.