评述：有机硅单休合成流化床反应器的气体分布器

                        评述：有机硅单休合成流化床反应器的气体分布器

我发有奖答题：我国合成流化床装置最大的缺点是什么？的目的，在于想知道现在在第一线工作的工程技术人员对目前我国常用的有机硅单休合成流化床反应器存在哪些问题，一方面可对提出的问题作些探讨，以相互提高，另一方面以便有机会再参与设计20、30、40万吨级的有机硅单休合成流化床反应器听取点意见，作点准备。

没想到响应的同仁并不多，多数涉及的都是对流化床气体分布器的看法，少数的是关于外旋的问题。既然大家对有机硅单休合成流化床反应器的气体分布器这么注重，下面我就对流化床反应器气体分布器相关的问题作一评述。

气体分布器是流化床反应器的一个重要组成部分。理论上说是流化床的一个不可缺少的部件！我在“多相流反应工程”和“流态化技术的理论和应用”（中国石化出版社）两书中都认为，流化床的气体分布器有如下几个作用：

A.               支承作用：流化床中的物料都由气体分布器支承着，以不使物料落到下方而阻塞进气管道；

B.                布气作用：它使反应气体均匀地进入流化床；

C.                整流作用：它使反应气体有一定的气速和方向进入，而不是乱穿；

D.               稳定作用：因为有了气体分布器，当反应气体的压力（气速）有点波动时，床内压力（气速）不致于马上波动；

E.                强化作用：因为有了气体分布器，強化了流化床内的热质传递。

流化床的气体分布器一般有如图一所示的几种。

                                         图一  气体分布器的种类

对于有机硅单休合成流化床反应器的气体分布器来说，我想谈以下几点看法：

1. 目前我国普遍使用的气体分布器是如图一中ａ+ｅ型式的气体分布器：即这种气体分布器是由在平板直孔分布板ａ的每一孔下部再按装一根下部开有一小孔的管子组成的。这种气体分布器最早使用在石油化工的丙烯氨氧化制丙烯腈流化床反应器的下气体分布器上，后来又在氧氯化法制氯乙烯中得到应用。这种气体分布器的在设计时，考虑到丙烯氨氧化反应生成丙烯腈反应的特点，要求其分布器的开孔率要小，孔速要大，从而造成其阻力大的缺点，又由于其开孔率小，孔间距必大，因此极易在分布板上产生“死区”。我国当时在化工部星火化工厂建第一套万吨级有机硅单体合成流化床设计时，设计者采用的就是这种气体分布器。

但星火经过数年的试车和多次整改，流化床试车都没有开成功。其主要问题是流化床开不了两天，床内由于反应热得不到移去，因此硅粒触体结块如“山”。后经浙大化工系王樟茂教授根据床层烧结的现象分析，认为，其主要原因气体分布器设计不合理和气速大低或硅粉颗粒太粗。并根据当时星火的具体情况，提出解决办法是改进气体分布器结构型式、提高气速和减小硅粉粒径。因而对于改进气体分布器结构型式，提出了采用喷动式流化反应器概念（详见图2），即气体分布器不用平板式，而是采用园锥型气体分布器；基于压缩机原因，不能提高气速，则适当降低硅颗粒粒径。经过以上整改后，星火化工厂的有机硅单休合成流化床反应器在被蓝星兼并后的笫一次试车中就获得成功！！上下警喜万分。

那为什么同样是板管式气体分布器当年星火不能用，现能用了呢？这正如浙大王※※教授所分析，要降低粒径和提高气速。当年硅粉平均粒径为235微米左右，最大粒径达950微米以上，气速最高仅为0.2米／ｓ左右，而现在硅粉平均粒径为135微米左右，气速一般都大于0.30米／ｓ。如此大的改变，现在的单体合成流化床当然能正常操作了。

2. 喷动式流化反应器（详见图2和本论坛帖子：我的有机硅单体合成喷动式流化床发明专利）：喷动式流化反应器与一般流化床反应器不同之处在于气体分布器和反应原料气进气的方式不同。即喷动式流化反应器的气体分布器不是平板，而是一开了许多孔的园锥体。它的反应原料气分两路进入流化床，一股称为喷动气，经由喷动管进入流化床，另一股称为流化气，经由园锥体上的孔进入流化床。而这种园锥型气体分布器的最大特点在于它的支承面是一斜面，因此固体物料不可能在此仃留，也就不可能产生“死区”，即仃留在钭面上的物料，在流化气的推动下，会向下移到锥体底部，当下移到锥体底部后，又被从喷动管进来的反应气体吹向床内，因此就不可能产生“死区“。因没有“死区”，所以床内触体就不可能因反应热不能移去而使触体烧结成块。

星火有机硅流化床也就这样简单地将平板式气体分布器改成锥体式喷动流化床，多年末解决的问题就这样一改解决了！因为这次整改，仅仅只改了气体分布器，其他什么都没动，所以当时只化了5000元左右的改造费！因为这一成功，其后设计的5万吨有机硅单体合成流化床反应器装置，也就采用了这种喷动式流化床反应器，仍交由浙大王教授设计。这原本是一个很好的成果，可在以后的我国有机硅单体合成流化床反应器设计中得到推广！但可不知何故，难道是因为国外有公司也是採用这种型式的气体分布器的？！喷动式流化床并没得到推广，而原平板加管子的气体分布器却盛行，被各新建厂家所採用。

从有关资料获知，国外某知名大公司有机硅单体合成流化床反应器也是采用了类似于这种带园锥体的喷动流化床。但直得注意的是，他们采用的是纯锐的喷动床，仅有数根喷动管！即进入流化床的氯甲烷气体仅从几根喷气管中喷入，没有流化气。大胆！有水平！我们落后了一步！

据说某人为某工厂设计的有机硅单体合成流化床的气体分布器也采用类似星火的喷动式流化床反应器，不过不知为什么，可能是为防止漏料吧，设计者在园锥分布器锥体内侧的每个孔上还加了一个类似图一d所示的侧孔式锥帽，我认为这实在是多此一举，根本没必要，因为这样会增加物料向下移动的阻力，以而有可能产生死区。类似于这种图一d型侧孔锥帽的e型侧缝式锥帽分布器在苯酐流化床及三氯氢硅流化中常用。

           图二 喷动式流化床示意图

3. 多层多孔平板式气体分布器（详见图三和本论坛中的帖子我的有机硅单体合成流化床气体分布器实用专利）：多孔平板式气体分布器这种气体分布器最简单，也是最早使用的流化床气体分布器。当然，这种多孔平板式气体分布器，在实际使用中可以用一层、也可以用二层或多层多孔板组成。如从日本引进的醋酸乙烯合成反应的流化床反应器，其分布器共有七层组成，各层的开孔率、孔径、孔数及板厚度都不相同，最上层的多孔板的孔径为3mm，孔数高达172000个！！本论坛中的帖子我的有机硅单体合成流化床气体分布器实用专利中推荐的多孔平板式分布器用于有机硅单体合成的流化床分布器由两层组成，可以理解为：它是将我们现用的气体分布器压扁压平，上面一块板孔径相当于管口，下面一块相当于原管下部的小孔。本论坛中帖子中提出了一由三层多孔板组成的分布器，这种多孔板分布器，在专利中的实例为一流化床床径2500mm床高5000mm的中试装置，经多次使用，情况良好，并推荐使用。

               图三  平板式气体分布器

  由上可知，流化床气体分布器形式种类繁多，相同形式的气体分布器，又有各不相同的结构和尺寸，分布器的设计参数（如开孔率、孔径、孔的排布方式等）也可各不相同。应根据化学反应特性的不同，采用和设计不同形式的气体分布器。没有统一的选择和设计方法。

由上述分析又可知，对同一反应，也可采用不同形式的气体分布器，当然其结果会不同。对于有机硅单体合成流化床来说，以上叁种气体分布器都可用，但效果也会不同。我认为采用喷动流化是最理想的，最适合于这类气固反应。正因为这样，据说国外的4米床年产量可达40万吨，如此计算我国通用的204米床，经适当改进后，年生产能力应有15吨！

所以有人说流化床反应器气体分布器选择和设计，与其说是科学，还不如说是技艺，纯锐靠经验确定。

.....正因为这样，据说国外的4米床年产量可达40万吨，如此计算我国通用的2.4米床，经适当改进后，年生产能力应有15吨！

,希望能够实现,关键可以降低成本,扩大应用

好贴，顶起来{:soso_e179:}

心中有一点儿疑问，不知说什么好，渴望和专家探讨，也许中国有机硅管理层在下一盘很大的棋，无论如何，该贴应为精华帖，关于气体分布器，国外已经将之简化为几根管子，管子出口作45°切口，可谓返璞归真，如同猴子的尾巴，人类要有尾巴也许挺有趣；反应器中气体的走向是由氯甲烷进入反应器入口到反应器出口的位置决定的，我们希望尽可能少的细粉进入旋风分离器，只要反应在持续，能够随未反应的氯甲烷逃离旋风分离器的细粉是一定有的，所以我们同样希望硅粉在流化床内呈流化态而不是输送态，反对氯甲烷气体均匀将硅粉“托起”，这个观点可能是对目前设计的气体分布器理论颠覆的理由，不知道大家是不是同意？黑马同志，很久没有机会向你请教流化床的知识了，也许咱俩这两个局外人在瞎搅合，让业内人士作为茶余饭后的牙资，广东人所说的‘吹水’，说到最后，气体分布器的能耗是绕不开的问题。关于结焦的问题，另外的一个话题，在这里不做详谈。

甘棠 发表于 2015-2-27 09:18
不得不服!!

作为协会，是不是该做点什么，而不是说我们已经是世界最...什么的，其实我们不缺人才，也不缺钱，君不见老虎遍布神州，发达国家的国民看见chinese在奢侈品商店扫货惊的嘴都合不拢，在中石化的有些工厂里有这样的标语“用鲜血换来的教训是不需要再用鲜血来验证！”。

  抱欠！帖子中 单体 误写 单休，2.40米床 误写成 204米床。

甘棠 发表于 2015-2-27 09:18
.....正因为这样，据说国外的4米床年产量可达40万吨，如此计算我国通用的204米床，经适当改进后，年生产能 ...

   ……… 此计算我国通用的2.40米床，经适当改进后，年生产能力应有15吨！
                               不仅能提高产量而且还有可能提高氯甲烷的单程转化率！

cspc 发表于 2015-2-27 10:13
作为协会，是不是该做点什么，而不是说我们已经是世界最...什么的，其实我们不缺人才，也不缺钱，君不见 ...

各行各业发展过程中,政府职能弱化,市场力量兴起,所以体制上反而不利于集中力量搞研发攻关, 所以各行各业此类问题甚多,一时很难解决,特别是单依靠协会的力量是不行的.

甘棠 发表于 2015-2-27 14:06
各行各业发展过程中,政府职能弱化,市场力量兴起,所以体制上反而不利于集中力量搞研发攻关, 所以各行各业 ...

{:soso__14347937040236606360_4:} 同感！化工部在的话，科技司下的科技局、新材料公司等单位早就出来攻关了！想当初星火做了一个小小的冷模实验装置，还拔了10万元钱。

甘棠 发表于 2015-2-27 14:06
各行各业发展过程中,政府职能弱化,市场力量兴起,所以体制上反而不利于集中力量搞研发攻关, 所以各行各业 ...

所以我们现在在这里的讨论，一定意义上来说是空谈，一百个想法不如一次行动，目前行业不景气，而且还看不到希望，所以想让企业来帮忙，肯定困难重重，按照国外的标准，目前为止，国内生产的单体不合格，说的直白一点，就是次品，纯度不够，而且能耗很高，不单单是上游企业苦不堪言，下游产品的研发创新也是很难进入高端，如果用国内的单体原料，给研发带来的未知数是可想而知了，我也很理解楼上的看法，国内有机硅企业各自为战，且你中有我我中有你，难免如同黑马同志说的“甘愿落后”，没人甘愿落后，但应了那句话“一个中国人是条龙，十个中国人是群虫”。黑马同志的“目的，在于想知道现在在第一线工作的工程技术人员对目前我国常用的有机硅单休合成流化床反应器存在哪些问题，一方面可对提出的问题作些探讨，以相互提高，另一方面以便有机会再参与设计20、30、40万吨级的有机硅单休合成流化床反应器听取点意见，作点准备”，或许只能是一厢情愿的可能性就比较大了，个人观点是现在还不是行业洗牌的时候，因为大家还可以撑着坚持下去。黑马同志的这篇帖子属于高水平的一个探讨，也充分说明他的无私，或许有人说如果自己有难言之隐或者处于为目前效力的企业保密，但我希望大家能够畅所欲言，谈谈自己的看法和想法，一起来论证这个分布器的形式的优缺点，如何改进，一起来讨论没有分布器的优缺点，大胆设想，道康宁在张家港的这个流化床就没有分布器，而且强调氯甲烷不均匀分配的优点，我在这里替黑马同志喊喊助威，come on， baby!

甘棠 发表于 2015-2-27 09:18
.....正因为这样，据说国外的4米床年产量可达40万吨，如此计算我国通用的2.4米床，经适当改进后，年生产能 ...

国内某厂年前技改扩大了产能到25万吨，难道是这个方面的？

国际上MCS产能最大的流化床内径4.5m，MCS产能约38万吨/年，年运行时数8200小时。
不考虑其他因素（年运行时数、催化剂种类等），仅从尺寸上按此推断：2.4m流化床的产能约为8-10万吨/年。
如考虑其他因素，比如年运行时数、副产物处理能力等诸多方面，国内2.4m流化床的产能值得推敲。
在产能设计过程中，国内设计院所和国外设计公司存在一定的差异，例如国外工程公司是在产品方案确定后，反推各单元装置的额定产能，就比如拿MCS流化床而言，产能的确定是产品方案推论的结果。
关于流化床分布器的型式，我们可以看到浙大王樟茂教授的喷动床专利，也可以看到晨光杨晓勇等的专利，事实上流态化的质量必须兼顾传热和传质两个方面的因素，这与气泡群的分布状态休戚相关。
讲一个话外题，就MCS装置而言，国内技术不但在单套装置产能上与国际先进水平存在差距，在能耗上的差距可能更大，比如氯甲烷的单程转化率、MCS精馏等方面都有持续改进的必要。

bb88 发表于 2015-2-28 15:11
国际上MCS产能最大的流化床内径4.5m，MCS产能约38万吨/年，年运行时数8200小时。
不考虑其他因素（年运行 ...

年运行时数是一个重要的设计依据，Dow Corning实现了不打开流化床底部椎体同时床温降到270°C以下就可以将废硅粉从椎体下部直接压入废硅粉罐，紧接着可以一边新鲜硅粉建床一边升温，从正常运行到退出废硅粉重新建床催化剂点燃反应中间的间隔3小时左右（不含石英砂床内运行时间），而国内的这个过程需要几天，而且财力物力人力以及暗含的风险大家都知道，黑马的图三设计可以实现这一点，只需要在细节上和工艺操作上加以改进即可，所以黑马的这个设计还是有可圈可点的地方。

bb88 发表于 2015-2-28 15:11
国际上MCS产能最大的流化床内径4.5m，MCS产能约38万吨/年，年运行时数8200小时。
不考虑其他因素（年运行 ...

   {:soso__12206632511069352580_4:}   谢谢bb88！
   帖子中说对现有国内流化床“经适当改进后，年生产能力应有15吨”，当然是首指经改造（包括对床层结构、催化剂和硅粉粒径及分布等）后，氯甲烷的单程转化率从现在的30～35%提高到国外先进水平的65～70%，我国现在年产8～10万吨的单体合成流化床装置，年生产能力不就提高到15万吨了，产品的成本也自然降低了。并非一定是指装置比例放大和缩小。