固定床催化的操作课件

固定床反应器原理及岗位操作技术固定床反应器原理及岗位操作技术任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作操作训练的载体：操作训练的载体：苯加氢生产环己烷苯加氢生产环己烷一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件二、正常操作注意事项二、正常操作注意事项三、苯加氢反应器岗位开停车三、苯加氢反应器岗位开停车四、异常现象原因及处理方法四、异常现象原因及处理方法任务三 固定床催化反应器的操作操作训练的载体：苯加氢生产环任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物及用途、生产方法（一）反应原料、产物及用途、生产方法1.原料原料 苯苯2.产物产物 环己烷环己烷3.产物用途产物用途 生产环己醇、环己酮、聚己内酰胺和聚己二酰己二生产环己醇、环己酮、聚己内酰胺和聚己二酰己二胺有机化工原料。胺有机化工原料。是纤维素醚、树脂、蜡、沥青和橡胶的优良溶剂。是纤维素醚、树脂、蜡、沥青和橡胶的优良溶剂。一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物及用途、生产方法（一）反应原料、产物及用途、生产方法4.催化剂催化剂苯加氢催化剂苯加氢催化剂铂系催化剂铂系催化剂镍系催化剂镍系催化剂活性好，价格便宜活性好，价格便宜但如耐硫性能差，耐热性差但如耐硫性能差，耐热性差一般工业使用温度一般工业使用温度120180液苯空速低（一般为液苯空速低（一般为0.20.8h-）工业使用寿命短工业使用寿命短只能副产低压蒸汽只能副产低压蒸汽目前我国镍系苯加氢催化剂主要目前我国镍系苯加氢催化剂主要用于用于中小型中小型生产装置；生产装置；耐硫性能好耐硫性能好中毒后易再生中毒后易再生耐热性能好耐热性能好工业操作温度可达工业操作温度可达200400可副产中压蒸汽可副产中压蒸汽(1.0MPa)液苯空速可达液苯空速可达1.02.0h-工业使用寿命大于工业使用寿命大于5年。年。一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物及用途、生产方法（一）反应原料、产物及用途、生产方法5.生产方法生产方法环己烷生产方法环己烷生产方法苯加氢法苯加氢法石油烃馏分的石油烃馏分的分馏精制法分馏精制法气相苯加氢气相苯加氢液相苯加氢液相苯加氢工艺气体混合均匀工艺气体混合均匀转化率、收率均很高转化率、收率均很高反应激烈，易飞温；反应激烈，易飞温；一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（一）反应原料、产物任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（二）反应原理及特点（二）反应原理及特点1.原理原理苯加氢反应是一个复杂的反应体系。在一定反应条件下，苯加氢反应是一个复杂的反应体系。在一定反应条件下，苯与氢可能发生以下各种反应。苯与氢可能发生以下各种反应。一、应用生产原理确定固定床反应器操作条件（二）反应原理及特点任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作其中，反应其中，反应(1)为为主反应主反应，生成目的产物，生成目的产物环己烷环己烷；反应反应(2)是苯的是苯的加氢裂解加氢裂解，最终产物为，最终产物为碳和甲烷碳和甲烷；反应反应(3)是环己烷的是环己烷的异构化异构化；反应反应(4)则是环己烷的则是环己烷的裂解反应裂解反应。对于对于苯苯而言，反应而言，反应(1)和和(2)是是平行平行反应。反应。尽管反应尽管反应(1)和和(3)均为均为可逆可逆反应，但反应，但前前者为者为放热放热反应，反应，后后者为者为吸热吸热反应，这就导致温度对反应的影响各不相反应，这就导致温度对反应的影响各不相 同。同。1.原理原理（二）反应原理及特点（二）反应原理及特点其中，反应(1)为主反应，生成目的产物环己烷；1.原理（二）任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作2.反应场所反应场所3.反应特点反应特点前反应器：列管换热式固定床反应器前反应器：列管换热式固定床反应器后反应器：单段绝热式固定床反应器后反应器：单段绝热式固定床反应器强放热反应强放热反应复杂反应复杂反应气固催化反应气固催化反应（二）反应原理及特点（二）反应原理及特点2.反应场所3.反应特点前反应器：列管换热式固定床反应器任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作1.反应热力学反应热力学（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化苯加氢制环己烷的反应是一个苯加氢制环己烷的反应是一个放热的、体积减小放热的、体积减小的的可逆可逆反应，因此，反应，因此，低温低温和和高压高压对该反应对该反应是有利的。是有利的。但温度不能太低，分子不能很好活化、反应速率较慢。但温度不能太低，分子不能很好活化、反应速率较慢。1.反应热力学（三）工艺参数的确定与优化苯加氢制环己烷的反应任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作 不可逆反应不可逆反应 由于反应速率常数随温度的升高而升高，因此，无论是放热反应还是由于反应速率常数随温度的升高而升高，因此，无论是放热反应还是吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以获得较大的反应速率，吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以获得较大的反应速率，但在实际生产中，要考虑以下问题：但在实际生产中，要考虑以下问题：a）温度过高，催化剂活性下降或失活；）温度过高，催化剂活性下降或失活；b）设备材质的选取）设备材质的选取c）热能的供应）热能的供应d）伴有副反应时，会影响反应的选择性）伴有副反应时，会影响反应的选择性 可逆反应可逆反应 随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于可逆吸热反应，也应随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于可逆吸热反应，也应尽可能在较高温度下进行，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高尽可能在较高温度下进行，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高反应速率。同时，也应考虑一些因素的限制。反应速率。同时，也应考虑一些因素的限制。例如：例如：天然气的蒸汽转化反应天然气的蒸汽转化反应 是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平衡是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平衡转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于800-850。不可逆反应 例如：天然气的蒸汽转化反应任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学反应动力学前人在进行苯气相加氢反应动力学的研究时，并没有意识到催化剂颗粒可能并非完全处于气相状态，而是前人在进行苯气相加氢反应动力学的研究时，并没有意识到催化剂颗粒可能并非完全处于气相状态，而是简单地认为当简单地认为当反应物反应物为为气相气相时得到的动力学就是时得到的动力学就是气相反应动力学气相反应动力学。从理论上讲，这种观点确实存在不足，。从理论上讲，这种观点确实存在不足，但从但从工业应用角度工业应用角度出发，它仍出发，它仍具有一定意义具有一定意义。（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学前人在进行苯气相加氢任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学反应动力学反反应组分从流体主体向固体催化分从流体主体向固体催化剂外表面外表面传递（外（外扩散散过程）；程）；反反应组分从催化分从催化剂外表面向催化外表面向催化剂内表面内表面传递（内（内扩散散过程）；程）；反反应组分在催化分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附表面的活性中心吸附（吸附过程）；程）；在催化在催化剂表面上表面上进行化学反行化学反应（表面反（表面反应过程）；程）；反反应产物在催化物在催化剂表面上脱附（脱附表面上脱附（脱附过程）；程）；反反应产物从催化物从催化剂内表面向催化内表面向催化剂外表面外表面传递（内（内扩散散过程）；程）；反反应产物从催化物从催化剂外表面向流体主体外表面向流体主体传递（外（外扩散散过程）。程）。一般而言，气固相催化反应过程经历以下七个步骤，如右图所示。一般而言，气固相催化反应过程经历以下七个步骤，如右图所示。补充：活性中心补充：活性中心 由于化学吸附只能发生于固体表面那些能与由于化学吸附只能发生于固体表面那些能与气相分子起反应的原子上，通常把该类原子气相分子起反应的原子上，通常把该类原子称为活性中心，用符号称为活性中心，用符号“”表示。表示。（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学反应组分从流体主体向任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学反应动力学由此可见，气固相催化反应由此可见，气固相催化反应过程是个多步骤过程。整个过程是个多步骤过程。整个反应速率取决于最慢的一步，反应速率取决于最慢的一步，该步骤就称为该步骤就称为速率控制步骤速率控制步骤。当反应过程达到定态时，各当反应过程达到定态时，各步骤的速率应该相等，且步骤的速率应该相等，且反反应过程的速率应过程的速率等于等于控制步骤控制步骤的速率的速率。（三）工艺参数的确定与优化2.反应动力学由此可见，气固相催化任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化3.苯加氢催化反应器工艺参数的确定苯加氢催化反应器工艺参数的确定影响加氢过程主要工艺参数有影响加氢过程主要工艺参数有反应温度反应温度、压力压力、空速空速及及氢油比氢油比。（1）反应温度）反应温度加氢的加氢的平衡常数平衡常数比较比较大大，反应主要受，反应主要受反应速度反应速度制约制约，提，提高温度有利于加快反应速度。高温度有利于加快反应速度。在实际应用中，应根据在实际应用中，应根据原料组成原料组成和和性质性质及及产品要求产品要求来选来选择适宜的反应温度。择适宜的反应温度。控制反应器控制反应器 入口温度为入口温度为180200 反应热点温度反应热点温度360380（三）工艺参数的确定与优化3.苯加氢催化反应器工艺参数的确定任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化（2）反应压力）反应压力 提高氢分压，加快反应速度提高氢分压，加快反应速度 提高苯的转化率提高苯的转化率 压力提高增加装置的设备投资费用和运行费用压力提高增加装置的设备投资费用和运行费用 对催化剂的机械强度要求也提高对催化剂的机械强度要求也提高 苯加氢气固相催化反应采用铂系催化剂，控制反应器苯加氢气固相催化反应采用铂系催化剂，控制反应器 反应压力为反应压力为3.1MPa。（三）工艺参数的确定与优化（2）反应压力任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化（3）反应空速）反应空速空速：单位时间、单位体积（质量）的催化剂所能处理空速：单位时间、单位体积（质量）的催化剂所能处理 的原料气的体积流量。的原料气的体积流量。空速空速的大小反映了反应器的的大小反映了反应器的处理能力处理能力和和反应时间反应时间。空速越大，处理能力越大空速越大，处理能力越大原料与催化剂的接触时间则越短原料与催化剂的接触时间则越短相应的反应时间也就越短。相应的反应时间也就越短。因此，空速的大小最终影响原料的因此，空速的大小最终影响原料的转化率转化率和和反应的深度反应的深度。苯加氢气固相催化反应：控制液苯空速苯加氢气固相催化反应：控制液苯空速1.61.7h-。（三）工艺参数的确定与优化（3）反应空速空速：单位时间、单任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（三）工艺参数的确定与优化（三）工艺参数的确定与优化氢油比：影响反应过程的氢油比：影响反应过程的氢分压氢分压。增加氢油比，有利于加氢反应进行增加氢油比，有利于加氢反应进行提高催化剂寿命提高催化剂寿命但过高的氢油比将增加装置的操作费用及设备投资但过高的氢油比将增加装置的操作费用及设备投资 苯加氢气固相催化反应苯加氢气固相催化反应 控制控制n(H2)：n(苯苯)3.8。（4）反应氢油比）反应氢油比（三）工艺参数的确定与优化氢油比：影响反应过程的氢分压。（任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作二、正常操作注意事项二、正常操作注意事项（1）严格执行装置下发的）严格执行装置下发的工艺指令单工艺指令单；（2）经常）经常巡巡回回检检查，发现问题及时汇报处理；查，发现问题及时汇报处理；（3）V0801A/B新进苯后要新进苯后要勤排水勤排水；（4）要求加强）要求加强控制氢气质量控制氢气质量；（5）C0102进口缓冲罐液位、压差、出口温度、电进口缓冲罐液位、压差、出口温度、电流要流要加强监控加强监控；（6）勤检查）勤检查P0102出口压力出口压力及及R0101上室上室热油量热油量；二、正常操作注意事项（1）严格执行装置下发的工艺指令单；任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作二、正常操作注意事项二、正常操作注意事项（7）勤勤观观察察反应反应热点温度热点温度及及R0102的的温差温差TDI01012的变化情况；的变化情况；（8）加强控制）加强控制尾氢排放量尾氢排放量，在，在R0102温差不大情况温差不大情况下尽量少排；下尽量少排；（9）勤检查）勤检查X0101小泵小泵运行情况；运行情况；（10）加强控制）加强控制E0107高温锅炉给水，定期排污，以高温锅炉给水，定期排污，以防结垢；防结垢；（11）调整）调整生产负荷生产负荷，速度要慢；，速度要慢；（12）D0103液位液位现场检查。现场检查。二、正常操作注意事项（7）勤观察反应热点温度及R0102的温任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（一）岗位开车（一）岗位开车 1.开车前准备与检查开车前准备与检查 2.开车程序开车程序 （1）投热油系统）投热油系统 （2）系统置换与试漏）系统置换与试漏 （3）加氢系统保压）加氢系统保压 （4）苯干燥系统）苯干燥系统 （5）吸附装置）吸附装置 （6）加氢反应和产物处理）加氢反应和产物处理 （7）庚烷塔）庚烷塔T0102开车开车三、苯加氢反应器岗位开停车三、苯加氢反应器岗位开停车（一）岗位开车三、苯加氢反应器岗位开停车任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作（二）岗位停车（二）岗位停车1.正常停车正常停车（1）短期停车）短期停车系统保温保压系统保温保压（2）长期停车）长期停车系统降温降压系统降温降压2.紧急停车紧急停车（1）紧急停电、汽、水操作类同）紧急停电、汽、水操作类同（2）紧急停车按钮）紧急停车按钮三、苯加氢反应器岗位开停车三、苯加氢反应器岗位开停车（二）岗位停车三、苯加氢反应器岗位开停车任务三任务三 固定床催化反应器的操作固定床催化反应器的操作四、异常现象原因及处理方法四、异常现象原因及处理方法序号序号异常异常现象象原因原因处理方法理方法1T0101釜釜液含液含水高水高原料苯含水量原料苯含水量过高高再沸器再沸器E0101蒸汽量蒸汽量过小小再沸器再沸器E0101或或E0102列管漏列管漏D0101分分层不佳不佳苯罐放水苯罐放水加大蒸汽量加大蒸汽量停停车检修修D0101勤排水勤排水2停苯加料停苯加料T0101的的TSL01003动作作P0101出口出口压力力PSL01001动作作C0102停停车R0101上上TSH01008（112）动作作热油循油循环量量FSL01006动作作加大蒸汽量，加大蒸汽量，TSL01003去去动作后，按作后，按FT01003复位复位重新启重新启动P0101或或检查并确并确认PSL01001开关开关动作正确及作正确及备用用泵出口出口阀处于关于关闭状状态视具体原因重新开具体原因重新开车检查R0101排空情况及上室排空情况及上室热油量是否偏小油量是否偏小重新启重新启动P0102，排气或充油，排气或充油四、异常现象原因及处理方法序号异常现象原因处理方法1T010