[科普中国]-选择性氧化反应器

CO选择氧化工艺是合成氨厂的节能方法之一。反应器是CO选择性氧化工艺过程的关键设备,该设备的压力降在系统总阻力中占很大的比重。因此,采用何种反应器以降低阻力,成为一个重要的设计问题。

由于径向反应器流体流动的截面积大、流速小、流道短,具有床层压力降小的显明特点而被采用。

设计条件（1）用于反应的原料气是中、低变后的氢氮气。

（2）反应原理

主反应:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)

副反应:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

（3）操作条件

反应器操作压力为7.35x105帕(绝压);进口温度50℃;原料气量3820标米3/时;空速12000时-1;氧比0.55(摩尔比)。1

径向反应器的设计径向反应器设计的关键问题,是流休的均匀分布。均布气体的方式有喷嘴式、分布筒开不等径小孔和分布筒不均匀开孔等。由于喷嘴和分布筒开不等径小孔在制造上比较麻烦,因而采用容易加工制造的分布筒不均匀开孔来均布气体。

反应器内气体的流动有Z型和π型两种型式。Z型宜用于流道以摩擦阻力损失为主的模型(如高压反应器)、π型宜用于流道以动量变换为主的模型(如低压和常压反应器)。由于试验装置的操作压力不高,故初始选用兀型流动型式。但是,在π型流动的中心管出口,由于气流方向改变90。时产生涡流,故容易造成流体分布不均匀。

在试验过程中也发现π型流动径向反应器有严重的涡流效应。而Z型流动可以避免这种效应。因此,最终采用Z型流动型式。采用Z型流动型式的径向反应器,将会造成流道间静压差增大。为了消除静压差,故用不均匀开孔来调节。

开孔调节的方式有单边和双边调节。单边调节仅调节分流管或集流管一边的穿孔压降,另一边大开孔率,几乎无穿孔压降存在。双边调节是既调节分流管又调节集流管的穿孔压年与单边调节相比,双边调节容易获得更理想的径向流动,且可克服催化剂装填不均匀的影响。由于CO选择性氧化催化剂颗粒小,“架桥”现象不严重,为使反应器结构简单、制造方使,选择分流管单边调节的型式。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所