[科普中國]-涓流床

涓流床反應(yīng)器（trickle bed reactor）是應(yīng)用廣泛的三相反應(yīng)器之一。在涓流床反應(yīng)器中，液體向下流動(dòng)，以液膜形式通過填料，為分散相；而氣體以并流或逆流的形式，在填料問流動(dòng)。常用的操作方式是二者并流向下流動(dòng)。涓流床反應(yīng)器主要應(yīng)用在加氫脫硫、加氫裂化、加氫精制、各種石油餾分加氫、潤滑油加氫和等方面。1

簡介所謂涓流床反應(yīng)器。實(shí)際上是一類非均相催化反應(yīng)器。在這類反應(yīng)器中，液相和氣相反應(yīng)物同時(shí)順流向下流過裝填有固相催化劑的床層，并在催化劑上發(fā)生催化反應(yīng)。這類反應(yīng)器早在三十年代已出現(xiàn)，五十年代已有工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，但對(duì)它進(jìn)行系統(tǒng)地、深入地研究卻是七八十年代年的事。

涓流床反應(yīng)器一般都是絕熱操作的，如果反應(yīng)放熱，軸向有溫升，為防止溫升過高，一般總是使氣體或部分冷卻后的產(chǎn)物循環(huán)。當(dāng)氣液比較大時(shí)，采用氣體循環(huán)較多。而當(dāng)氣體反應(yīng)物消耗很大時(shí)，使用液體循環(huán)更為有效和理想。如果液體反應(yīng)物中含有揮發(fā)性組分，反應(yīng)熱將由液體的部分蒸發(fā)來消耗，從而使床層溫升不會(huì)太高。特別是當(dāng)反應(yīng)液體是水溶液時(shí)，由于水的潛熱很大，從而使床層有可能接近于等溫，所以，在煤的能源轉(zhuǎn)換和三廢治理中會(huì)愈來愈多地使用涓流床。2

優(yōu)點(diǎn)涓流床反應(yīng)器里，并存有氣液固三相，又有氣體或產(chǎn)品的循環(huán)，因此整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜。雖然涓流床反應(yīng)器比較復(fù)雜，但和氣固非均相催化反應(yīng)器比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)易于結(jié)焦的石油餾分，由于液體經(jīng)常淋洗催化劑而焦溶解，因此催化劑的活性能保持較長的時(shí)間。②對(duì)氣相條件下不穩(wěn)定的化合物，使用涓流床能避免反應(yīng)物的分解。③對(duì)能汽化的反應(yīng)物，使用涓流床能改善傳熱性能，溫度易于控制，而且由于無需把反應(yīng)物全部汽化，在能量消耗上也較有利。

涓流床反應(yīng)器與另一類三相反應(yīng)器——泥漿反應(yīng)器比較，又具有以下優(yōu)點(diǎn)：①涓流床反應(yīng)器的流型接近于活塞流，因此能獲得高的轉(zhuǎn)化率；②無需泥漿反應(yīng)器系統(tǒng)那樣的龐大而昂貴的催化劑和產(chǎn)品的分離回收設(shè)備；③液固比要比泥漿反應(yīng)器小得多，從而減少了可能發(fā)生的均相副反應(yīng)。2

應(yīng)用煉制和石油化學(xué)工業(yè)中，相當(dāng)廣泛地使用著涓流床反應(yīng)器。特別是在原油和各種石油餾分的加氫脫硫，各種潤滑油及石油餾分的加氫精制，重質(zhì)油的加氫裂解以及其他的加氫處理過程中，涓流床反應(yīng)器的使用更為普遍。在其它領(lǐng)域中，如煤的能源轉(zhuǎn)換和廢水廢氣凈化的催化過程中，涓流床反應(yīng)器的使用也日益增多。2

理想涓流床反應(yīng)器模型影響涓流床反應(yīng)器性能的因素很多，而且極其復(fù)雜，要想精確地描述它的行為有很大困難，理想涓流床反應(yīng)器滿足如下條件：

（1）床層中液體的流動(dòng)是活塞流的，不存在軸向和徑向的離散。

（2）氣液、液固以及催化劑內(nèi)部都沒有傳質(zhì)和傳熱的限制。

（3）床層中的任何一點(diǎn)，在任何時(shí)間，氣液都處于平衡狀態(tài)。

（4）催化反應(yīng)對(duì)液體反應(yīng)物而言是一級(jí),的，而溶于液體中的氣體反應(yīng)物可以認(rèn)為是大大過量的。

（5）催化劑粒子全都為液體所包繞，催化反應(yīng)僅發(fā)生于催化劑表面上。

（6）不發(fā)生反應(yīng)物或產(chǎn)物的冷凝或汽化。2

液體滯留量在涓流床反應(yīng)器中，液體滯留量H是一個(gè)非常重要的參數(shù)。它既是對(duì)液固間接觸效率的一個(gè)測量（雖然這種測量是近似的和不完整的），又是估算液體反應(yīng)物平均停留時(shí)間和平均液膜厚度的必不可少的數(shù)據(jù)。同時(shí)，在涓流床反應(yīng)器設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解釋上也是極其重要的。

液體滯留量通常用每單位體積反應(yīng)器內(nèi)所含的液體體積來表示。單位反應(yīng)器體積一般用表觀床層體積，也有用床層空體積作標(biāo)準(zhǔn)的，因此，液體滯留量H是一個(gè)無因次的分?jǐn)?shù)。對(duì)于多孔的固體催化劑，滯留的液體既存在于催化劑內(nèi)孔中，又存在于粒子的外表面。前者稱為內(nèi)滯留，后者稱為外滯留。兩者之和是總的液體滯留量。外滯留又由流動(dòng)滯留或動(dòng)態(tài)滯留及殘滯留兩部分構(gòu)成。殘滯留是指經(jīng)氣體吹趕后仍保留在催化劑外表面的那部分液體。

測量填料床層中液體滯留量的方法最常用的有三種：體積法、重量法和示蹤劑法。

由于液體滯留量在研究和設(shè)計(jì)涓流床反應(yīng)器中是極為重要的參數(shù)，因此許多研究者對(duì)它及其影響因素進(jìn)行了大量的研究。影響滯留量的主要因素是液體的表觀流速。液體分布器、催化劑粒子大小形狀、床層高度,潤濕特性、氣體流速以及流體性質(zhì)等因素對(duì)它也有影響。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

蒲富永 - 教授 - 西南大學(xué)