Аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора

Если использовать принцип фильтрующего слоя катализатора, то в не в местах соприкосновения гранул катализатора наблюдаются зоны, плохо омываемые газом. Для устранения этого недостатка с целью интенсификации каталитических процессов используют кипящий слой. В кипящем слое что интенсифицирует процесс катализа.

Достоинством такого аппарата является то, что интенсивное перемешивание частиц обусловливает хорошую теплопроводность слоя и высокие коэффициенты теплоотдачи от слоя к поверхности теплообменников, которые зачастую монтируются непосредственно в кипящем слое. Подвижность кипящего слоя катализатора позволяет механизировать и автоматизировать процессы непрерывной загрузки и выгрузки катализатора, поддержание высоты слоя на постоянном уровне и т.д. Интенсивное перемешивание твердой фазы устраняет опасность локального перегрева или переохлаждения катализатора, что способствует более эффективному его использованию. Появляется возможность использовать катализатор с гранулами малых размеров, что увеличивает удельную поверхность и снижает диффузионные торможения при катализе. Использовать мелкозернистый катализатор в фильтрующем слое невозможно из-за повышенного сопротивления и неравномерности температурного поля в поперечных и продольных сечениях слоя. Благодаря указанным преимуществам кипящий слой в ряде случаев оказывается более эффективным по сравнению с фильтрующим слоем.

К недостаткам кипящего слоя следует отнести истирание и унос пылевидного катализатора из аппарата, что требует установки пылеулавливающих устройств и предъявляет дополнительные требования к прочности катализаторов, а также невозможность осуществления принципа противотока, что снижает движущую силу процесса. Различное время пребывания частиц в аппарате при непрерывном процессе снижает эффективность работы катализатора. К недостаткам следует отнести также повышенную эрозию аппаратуры, расположенной в зоне кипящего слоя.

Перечисленные недостатки, как правило, не являются определяющими, а многие из них могут быть частично или полностью устранены.

Аппараты с кипящим слоем катализатора изготавливают в виде цилиндра, в нижней части которого устанавливают газораспределительную решетку. На решетку загружают мелкозернистый катализатор с диаметром частиц 0,5…1,5 мм. Снизу, под решетку, подается газ, скорость которого должна обеспечить переход слоя из неподвижного в псевдосжиженное состояние. Очищенный газ выводится из аппарата через верхний штуцер и, пройдя циклон, выбрасывается в атмосферу. Загрузка катализатора осуществляется с помощью шнекового устройства. Для снижения уноса мелких частиц катализатора верхняя часть аппарата выполняется расширенной.

По режиму работы аппарат с кипящим слоем катализатора приближается к реакторам полного смещения. При таком режиме любой элементраный объем реагирующей смеси мгновенно перемешивается в слое пребывания отдельных частиц в слое изменяется от нуля до бесконечности, что является недостатком всех непрерывных процессов полного смешения.

Для упорядоченного перемешивания твердой фазы в кипящем слое иногда вводят механические мешалки, что способствует усреднению времени пребывания частиц аппарате. Для увеличения степени очистки газов используют многополочные аппараты с кипящим слоем (рисунок 2). С целью интенсификации процессов катализатор применяют в виде мелких частиц, которые с помощью специальных сопел распыляют во всем объеме аппарата. Этим достигается более полное использование реакционного объема аппарата. Такого типа аппарат состоит из цилиндрического корпуса, в нижней части которого расположены сопла и бункера. Подлежащий очистке газ делится на два потока. Один поток поступает в эжекторное устройство, смешивается с катализатором и под напором подается в реактор. Сюда же через другое сопло подается второй поток газа, способствующий более полному и равномерному перемешиванию газа с катализатором. Частицы катализатора, находясь во взвешенном состоянии, со всех сторон интенсивно омываются газовым потоком, благодаря чему каталитический процесс интенсифицируется. Реакция протекает в тот момент, когда частицы катализатора находятся в полете. Осевшие частицы катализатора собираются в нижней части аппарата и вновь поступают в эжектор для повторного использования или на регенерацию. Большая доля частиц катализатора выносится с газовым потоком. Улавливание частиц катализатора осуществляется в циклоне, после чего они вновь смешиваются с газом и возвращаются в реактор.

Рисунок 2 – Многополочный каталитический реактор с кипящим слоем: 1 – кипящий слой; 2 – решетка; 3 – теплообменник; 4 – конус.

Дата добавления: 2015-06-04