氣體以鼓泡形式通過懸浮有固體細粒的液體(漿液)層,以實現氣液固相反應過程的反應器。漿態反應器中液相可以是反應物,也可以是懸浮固體催化劑的載液。例如,許多不飽和烴及其衍生物的加氫反應屬于前者;乙烯或丙烯的聚合反應采用懸浮有催化劑的環己烷則屬于后者。
基本形式
漿態反應器有兩種基本形式:其一是攪拌釜式,利用機械攪拌使漿液混合,適用于固體含量高、氣體流量小或氣液兩相均為間歇進料的場合;其二是三相流化床式,借助氣體上升時的作用使固體懸浮,并使漿液混合,避免了機械攪拌的軸封問題,尤適于高壓反應。
漿態反應器中有兩個流體相,所以操作方式比較多樣,例如氣液兩相均為連續進出料,氣液兩相均為間歇進出料,以及液相為間歇進出料而氣相為連續進出料等,可以適應反應系統的不同要求。
優點
與氣液固相反應過程常用的另一種反應器涓流床反應器相比,漿態反應器的優點是:
①在強放熱條件下,易保持溫度均勻;
②采用細顆粒,使催化劑顆粒內表面利用較充分;
③當液相連續進出料時,催化劑排出再生比較方便。
缺點
其缺點是:
①連續操作時返混嚴重,當有串聯副反應存在時會使選擇性降低;
②液固比通常較高,在有液相副反應時可使選擇性降低;
③存在催化劑細粉的分離問題。
應用實例
(1)一步法合成二甲醚。固體催化劑顆粒懸浮于惰性溶劑中,反應氣體溶入溶劑并穿過溶劑層到達催化劑表面發生反應,又稱三相床。漿態床反應器結構簡單,溶劑熱容較大,催化劑顆粒與惰性礦物油形成漿液,合成氣與催化劑混合更充分;反應熱容易移出,對強放熱反應容易實現等溫操作,不容易出現催化劑熱失活和副產物。反應器中各處的溫度比較均勻,易于控制,防止了催化劑局部過熱問題,降低了催化劑失活速率:與固定床相比漿態床的CO轉化率較高,而合成氣的H2/CO比較低,有利于含富CO的煤基合成氣作原料。
(2)南非SASOL公司F-T合成反應器采用了漿態床,在2.5MPa,溫度250℃,采用鐵系催化劑生產以柴油為主的油品。