第10卷第1期 2010年2月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
流化床与固定床耦合反应器中的颗粒磨损
辉松，骞伟中，魏飞（清华大学化工系，北京100084)
Vol.10 No.1 Feb.2010
摘要：在直径50mm的冷模流化床与周定床耦合反应器中，考察了活性炭颗粒在130~150C及不同气速下的磨损情况，得到了不同气速下固定床中圆柱状颗粒的磨损率随时间的变化关系，同时分析了滞留在流化床、固定床及袋滤器中的细颗粒在不同气速下的粒径分布与质量分布.结果表明，颗粒在该精合反应器中廉损产重，在0.212~0.424m/s
气速下，固定床中颗粒质量损失可达3%~4%，流化床中颗粒平均粒径由200μm降至100μm以下. 关键词：磨损；颗粒；流化床：固定床
中图分类号：TQ032 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)01-0017-06
行深度转化.但对于催化剂活性物质(金属氯化物)不断损失的过程(如乙炔与氯化氢反应制备氯乙烯单体(7.8)，
催化剂与反应器是化工过程反应单元最重要的组成部分，催化剂颗粒在反应器中的物理破损称为磨损"] 在工业操作中，催化剂磨损会导致以下不利后果：(1) 反应器内跑剂、催化剂的空速发生变化，从而有可能导致催化剂过快失活或产物的选择性变化：(2)在固定床管内装填的催化剂磨损会导致不同管间的催化剂压降不同，导致不同管间气体通过量不同，不利于反应器稳定操作；对放热反应，还会导致气体通过量大的反应区产生热点，使催化剂烧结失活：(3)磨损导致的催化剂细粉跑损会造成下游管道或设备堵塞或产品污染，因此，提高催化剂本身的机械强度或尽量降低催化剂磨损是催化剂开发及反应器设计中需要考患的重要因素，
除催化剂本身的机碱性能外，不同反应器对其中催化剂颗粒的磨损行为的影响差异很大"]，一般固定床中气速相对小，且所用催化剂颗粒压制成型并具有一定结构(如三叶草、车轮形等)以增大空隙率及减小局部阻力降，因而在固定床中催化剂的磨损相对较小，同时可通过避免反应器内过快升降温的方法来降低催化剂的磨损.而流化床中气速非常大，气固相剧烈运动，导致细粉状催化剂颗粒磨损严重.所以在流化床操作中，需定期清除部分粒度过小的颗粒，并补加新鲜的粒度较大的催化剂.通常，由于固定床与流化床操作气速、催化剂粒度与压降差异均很大(3.4，很少串联操作使用.而对部分要求高气体转化率且放热量大的反应(如气相硝基苯加氧及乙炔与氯化氢反应制备氯乙烯单体)，仅采用换热性能优良的流化床不能满足气体转化要求，所以可在其后面串联固定床或采用多段流化床反应器技术(5.6进
流化床与固定床串联19,10]或2个流化床串联技术由于可在不同反应器中装填活性不同的催化剂，比单个固定床或单个流化床操作弹性大，也能保证转化效果.在这种串联反应器操作中，有必要考虑前面的流化床出口夹带的颗粒对后面固定床中催化剂磨损的影响，以及后面固定床床层或第2个流化床分布器(空隙率小)对前面流化床细粉催化剂的进一步磨损
不同反应器所用催化剂形状、粒度、强度不同，催化剂颗粒的磨损测试方法不同"]，转鼓测试(12)适用于固定床、移动床用颗粒的磨损性能测试，而空气喷射法[13] 则适用于流化床体系(FCC和FTS等)中催化剂的磨损测试[14,15]。但流化床与周定床耦合反应器使用粒度与装填方式不同的催化剂颗粒，上述针对单一催化剂颗粒磨损的测试方法不再适用.本工作针对流化床与固定床耦合反应器中氯乙烯合成过程，考察煤质活性炭催化剂载体磨损的影响因素，并通过测量质量损失和直径变化定量研究相关催化剂的廉损率，考患到反应操作条件的波动也对固定床中催化剂机械强度产生影响[16]，采用了氧乙烯合成体系的温度(130~150C)进行颗粒磨损实验，以尽量接近实际操作状态下催化剂的磨损，相关实验研究可为确定耦合反应器的操作域、改进相关催化剂及耦合反应器的结构设计提供依据。
2实验 2.1材料
固定床中使用圆柱体煤质活性炭(工业氯乙烯合成所用催化剂的载体)颗粒，直径4.2mm，长3~6mm；流
收稿日期：2009-0828，修回日期：2009-12-16
基金项目：国家白然科学其金资助项H(编号：20606020)：国家自然科学基金重点资助项目(编号：20736007)；教育部2007年度“新世纪优秀人才支持
计划*资助项目(编号：NCET-07-0489)
作者篇介：军松(1986-)，男，江苏省常州市人，硕士研究生，化学工程与技术专业；赛伟中，通讯联系人，Te上:010-62788984，
E-mail: qianwz@mail.tsinghua.cdu.cn 万方数据