固定床反應器：原理、結構與應用全解析

一、固定床反應器的定義與核心特征

二、基本工作原理

1. 傳質過程：

• 流體通過固體顆粒間隙時，反應物從主流體擴散至顆粒表面，產物反向擴散回流體。

• 關鍵影響因素：流體流速、顆粒粒徑（粒徑越小，比表面積越大，傳質效率越高，但壓力降增大）。

2. 傳熱過程：

• 反應熱或外界熱量通過流體與固體顆粒的接觸傳遞，需控制床層溫度均勻性（避免熱點導致催化劑失活）。

• 常見控溫方式：夾套換熱、內置換熱管、分段加熱 / 冷卻。

3. 反應過程：

• 化學反應在固體表面（如催化劑活性位點）進行，反應速率受溫度、壓力、流體組成及固體性質（如催化劑活性、表面積）影響。

三、典型結構與組件功能

四、分類與應用場景

1. 按流體相態分類：

• 氣 - 固固定床：最常見，如催化重整（石油煉制）、合成氨（N?+H?→NH?）、CO?催化加氫制甲醇。

• 液 - 固固定床：如廢水處理（活性炭吸附）、液相催化加氫（植物油氫化）。

• 氣 - 液 - 固三相固定床：如費托合成（合成氣→液態烴），需同時考慮氣液分布。

2. 按操作方式分類：

• 絕熱式：無外部換熱，靠反應熱或原料預熱維持溫度，適用于熱效應小的反應（如脫硫）。

• 非絕熱式：通過換熱裝置控溫，適用于強吸熱 / 放熱反應（如乙烯氧化制環氧乙烷）。

3. 工業典型應用：

• 石油化工：催化裂化（重質油→汽油）、催化加氫脫硫（去除油品含硫化合物）。

• 煤化工：煤氣化制合成氣（固定床煤氣化爐）、甲醇合成（Cu-Zn 催化劑固定床）。

• 環保領域：VOCs 催化燃燒（蜂窩狀催化劑固定床）、煙氣脫硝（SCR 技術）。