列管式乙烯環(huán)氧化反應(yīng)器性能分析與優(yōu)化.pdf

1、乙烯環(huán)氧化是生產(chǎn)重要基礎(chǔ)化學(xué)品環(huán)氧乙烷的主要工業(yè)方法。該工藝過(guò)程的優(yōu)化，一方面在于高效環(huán)氧化催化劑的開(kāi)發(fā)，另一方面是氧化反應(yīng)器的操作優(yōu)化。相對(duì)于催化劑開(kāi)發(fā)，我國(guó)在合成催化劑方面的研究較強(qiáng)，但對(duì)合成反應(yīng)器方面的研究相對(duì)薄弱，工業(yè)反應(yīng)技術(shù)幾乎全被國(guó)外公司壟斷，顯然不利于我國(guó)乙烯環(huán)氧化成套技術(shù)的自主研發(fā)。本文基于國(guó)產(chǎn)YS-M系列銀催化劑，以所建立的列管式乙烯環(huán)氧化反應(yīng)器二維擬均相數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，模擬考察空速、入口溫度、操作壓力以及反應(yīng)器入口物

2、料組成等對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)器性能的影響，探討列管式反應(yīng)器及其所用催化劑的適宜匹配，奠定兩者整體優(yōu)化的工程基礎(chǔ)。
　　基于微分衡算，構(gòu)建了列管式固定床乙烯環(huán)氧化反應(yīng)器二維擬均相數(shù)學(xué)模型，完成了Fortran90計(jì)算程序編譯。驗(yàn)證分析表明，所構(gòu)建的反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果與工業(yè)生產(chǎn)采集數(shù)據(jù)良好相容，是適宜和可靠的。以該模型為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析了乙烯環(huán)氧化工況條件對(duì)反應(yīng)器性能的影響。結(jié)果表明，(1)隨著操作空速的提高(4000hr-1～4600hr

3、-1)，催化劑床層溫度、徑向溫差和主、副產(chǎn)物濃度均逐步降低，床層熱點(diǎn)溫度向反應(yīng)器入口方向移動(dòng)，環(huán)氧乙烷選擇性、催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度和生產(chǎn)能力則逐步增加;(2)反應(yīng)器入口溫度的升高(150℃～250℃)對(duì)催化劑床層的溫度影響不大，環(huán)氧乙烷選擇性略有下降趨勢(shì)，催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度增加;(3)隨反應(yīng)器入口乙烯濃度的增加(20％～35％)，床層溫度和徑向溫差升高，熱點(diǎn)溫度向反應(yīng)器入口方向移動(dòng)，環(huán)氧乙烷選擇性、生產(chǎn)能力和強(qiáng)度增大。隨氧氣濃度的升高(7％～8.

4、5％)，催化劑床層溫度、徑向溫差、熱點(diǎn)溫度明顯增大，環(huán)氧乙烷選擇性略有降低;(4)隨操作壓力的升高(1.8MPa～2.1MPa)，床層溫度、徑向溫差和主、副產(chǎn)物濃度均增大，環(huán)氧乙烷選擇性和催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度也逐步增加。
　　針對(duì)國(guó)產(chǎn)YS-M型銀催化劑，系統(tǒng)考察了反應(yīng)器列管管徑變化對(duì)反應(yīng)器性能的影響。結(jié)果表明，隨列管管徑的逐步增大(Φ35mm～Φ40mm)，催化劑床層溫度、熱點(diǎn)溫度和徑向溫差也逐步增大，熱點(diǎn)溫度位置逐步向反應(yīng)器出口方向移