岩征仪器-固定床反应器 气相氧化原理、工艺与工业实践

固定床反应器在气相氧化反应中的应用：原理、工艺与工业实践

一、气相氧化反应与固定床反应器的适配性

• 催化剂稳定性：固定床层避免催化剂因剧烈流动而磨损，适合高价值或长寿命催化剂（如银催化剂、钒钛催化剂）。

• 反应可控性：通过床层结构设计（如分段、换热）实现温度梯度控制，抑制深度氧化副反应。

二、典型气相氧化反应与固定床应用案例

1. 乙烯氧化制环氧乙烷（EO）

• 管内填充催化剂（银负载量 0.5%-2%），管间通循环热载体（如 Dowtherm A 导热油）

• 管径 25-30 mm，管长 3-5 m，床层高径比 100-200（抑制径向温差） || 工艺关键 | - 原料气中乙烯体积分数 2.5%-3%（避免爆炸极限，2.7%-36%）- 加入微量抑制剂（如乙烷、二氯乙烷）提高选择性至 85%-90%- 催化剂寿命 1-2 年，失活后通过再生或更换维持活性 |

2. 二氧化硫催化氧化制三氧化硫（硫酸生产）

• 3-4 段催化剂床层，段间通入冷原料气或间接换热（如废热锅炉）

• 催化剂分层：上层高活性（V₂O₅含量高），下层耐中毒（含助催化剂） || 工艺优化 | - 采用 “两转两吸" 流程：氧化后吸收 SO₃，再二次氧化，总转化率 > 99.5%- 床层入口温度 420℃，热点温度≤600℃（防止催化剂烧结） |

三、固定床气相氧化反应器的设计与操作难点

1. 温度控制 —— 热点问题与解决方案

• 列管式：增加管间换热面积（如翅片管），选用高导热系数载体（如碳化硅）

• 多段式：段间设置冷激气入口（如惰性气体、原料气）

• 催化剂改性：活性组分分层负载（表面低活性、内部高活性），延缓反应放热峰值 |

2. 传质与扩散限制

• 现象：气相分子需扩散至催化剂孔道内部活性位，孔径过小（如 < 5 nm）时受 Knudsen 扩散限制，导致表观反应速率下降。

• 对策：

• 选用大孔径催化剂（如 γ-Al₂O₃载体，孔径 10-20 nm）；

• 优化颗粒粒径（3-5 mm 球形颗粒，兼顾压降与传质）。