2.13. Реакторы с кипящим слоем катализатора. Проблема межфазного переноса, способы повышения скорости массообмена. Достоинства и недостатки на примерах каталитического крекинга и дегидрирования алканов

Реакторы с кипящим слоем катализатора нашли применение для каталитического крекинга, дегидрирования, частично для парциального окисления. Здесь применяются мелкозернистые катализаторы (0,1-2мм), взвешенные в потоке реакционной смеси. Поток пропускают с низу вверх через решетку на которой находится каt, с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение и весь слой превратился из неподвижного в кипящее состояние. Внешний вид напоминает кипящую жидкость. Он так же пронизан пузырьками газа. Кипящий слой обладает свойством текучести подобно жидкости.

 Схема каталитического реактора с кипящим слоем катализатора

 

1 – решетка; 2 – насадка; 3 – теплообменник; 4 – фильтры.

Преимущества реакторов такого типа обусловлены повышенной величиной коэффициента теплоотдачи, снижающей необходимую поверхность теплообмена, высокой эффективной теплопроводностью слоя и уменьшением вредного влияния внутренней диффузии благодаря меньшему размеру зерен катализатора. Трудности вызывают повышенные требования к механической прочности катализатора и необходимость дополнительных устройств для отделения катализаторной пыли, выносимой из реактора.

Основной недостаток реакторов со взвешенным слоем катализатора заключается в интенсивном перемешивании реакционной смеси вдоль реактора, в результате чего ее состав во всем реакторе близок к конечному составу на выходе из аппарата. Кроме того, в потоке образуются так называемые пузыри, т.е. объемы с пониженной концентрацией катализатора, что приводит к проскокам через слой катализатора не полностью прореагировавшей смеси, а также существенно снижает скорость реакции и селективность в отношении промежуточных продуктов. Этот недостаток можно смягчить, повысив интенсивность обмена между пузырями и областями с большей плотностью катализатора.

Для этой цели применяют специальные малообъемные насадки, например проволочные кольца, спирали, стоки и т.д., помещаемые в слой катализатора и во много раз увеличивающие коэффициенты обмена между пузырями и плотной фазой. Применение  насадок повышает скорость реакции и селективность.

Недостатком каталитических реакторов с кипящем слоем катализатора является повышенное гидравлическое сопротивление, обычно в 2-3 раза превышающее сопротивление реакторов с неподвижным слоем.

Каталитический крекинг

При каталитическом крекинге резко возрастает содержание алканов с разветвлённой структурой.

Неравномерность времени пребывания сырья в зоне реакции, таким образом некоторая часть сырья подвергается чрезмерному крекированию до газа и кокса, а другая легкому крекингу.

Малое время контакта не обеспечивающие мах высокую селективность крекинга.

Дегидрирование алканов

Дегидрирование углеводородов явл. обратимой эндотермической р/ц, для сдвига реакции в сторону образования целевых продуктов реакции необходимо повышать температуру. Однако чрезмерное повышение температуры может привести к заметному глубокому расщеплению (крекингу) исходных у/в.

Катализаторы дегидрирования должны обладать хорошей мех. прочность, термической стойкостью, высокой активностью, селективности, стабильностью и регенириуемостью.

Конструктор сайтов - uCoz