催化裂化技术的未来（化学家不看好的催化裂化）

催化裂化技术的未来（化学家不看好的催化裂化）固定床交替操作流程1936年，世界上第一座半商业化的催化裂化装置在美国投产，这套装置是一套固定床装置。固定床装置将催化剂直接填充在一个反应塔中，同时让气体通过催化剂床层。气体在通过催化剂床层的时候发生反应。胡德利与汽车尾气净化装置胡德利除了开发催化裂化工艺外，还在环保领域做出了突出的贡献。他也是汽车尾气净化器的发明人，历史上率先尝试在汽车排气口加装催化剂以处理尾气。催化裂化反应有几个明显的缺点。首先，反应需要高温，反应的温度高达400-500摄氏度，在高温状态下对催化剂的稳定性和寿命要求非常高。好在胡德利催化剂属于氧化物催化剂，这一点倒是问题不大。最大的问题在于催化裂化这个反应非常容易积碳。当有机物加热到400-500度时，除了C-C键会断裂外，还有部分C-H键也会断裂，这种情况下碳就会作为副产物生成。这些碳集聚在催化剂表面非常容易堵塞催化剂的孔道和活性点位，导致催化剂的失活。

化工史话55：化腐朽为神奇——提升管反应器

上回书说道，胡德利在1927年就做出了成本低廉，耐受力强的催化裂化催化剂。

煤油是如何变成汽油的——催化裂化发展史

胡德利催化剂的出现很快引起了美国一些石油巨头的注意，美孚公司的前身（vacuum）甚至直接从法国把胡德利挖到了美国。但催化裂化反应要真正工业化，还需要十几年漫长的过程。究其原因就在于，在化学上这个反应非常不适宜进行生产。

胡德利与汽车尾气净化装置

胡德利除了开发催化裂化工艺外，还在环保领域做出了突出的贡献。他也是汽车尾气净化器的发明人，历史上率先尝试在汽车排气口加装催化剂以处理尾气。

催化裂化反应有几个明显的缺点。首先，反应需要高温，反应的温度高达400-500摄氏度，在高温状态下对催化剂的稳定性和寿命要求非常高。好在胡德利催化剂属于氧化物催化剂，这一点倒是问题不大。最大的问题在于催化裂化这个反应非常容易积碳。当有机物加热到400-500度时，除了C-C键会断裂外，还有部分C-H键也会断裂，这种情况下碳就会作为副产物生成。这些碳集聚在催化剂表面非常容易堵塞催化剂的孔道和活性点位，导致催化剂的失活。

1936年，世界上第一座半商业化的催化裂化装置在美国投产，这套装置是一套固定床装置。固定床装置将催化剂直接填充在一个反应塔中，同时让气体通过催化剂床层。气体在通过催化剂床层的时候发生反应。

固定床交替操作流程

固定床反应器非常常见，但是对于催化裂化来说却是一种非常低效的反应器。主要还是由于积碳，催化剂失活快，连续生产效率非常低。当时的人们采用一种原始的方法，就是平行做两个或者多个反应塔。当其中一个反应塔失去活性以后迅速切换到另一个反应塔。同时让工人把催化剂卸下来，进行再生，如此交错进行。

胡德利本人也并不满足于固定床装置的效果。1941年，在固定床装置的基础上，他又设计搭建了一套移动床反应器。移动床反应器实现了自动化的催化剂替换，实现了整个流程的连续化生产。到了1943年，单套移动床反应器的生产能力已经达到50万吨/年了。

移动床反应器

相对于固定床，移动床在反应器增加了顶部进料装置，底部排料装置。实际上有点类似于我们之前介绍过的高炉。催化剂从顶部加入，底部排出。催化剂进入反应器后从上往下运动，越靠近底层催化剂停留时间越长，活性越低。

固定床催化裂化出现后，胡德利和美孚大挣一笔。标准石油公司等其他同行看了也跃跃欲试。为了绕过固定床催化裂化的相关专利，标准石油公司，法本集团，壳牌等企业决定联合起来，开发一种全新的反应设备。这一系列的努力也最终导致了反应工程历史上一款经典反应器的出现，也就是提升管反应器。

提升管反应器的构思是从流化床起步的。早在1936年标准石油公司就提出了流化床反应器的构想，但苦于找不到合适的应用场景。当面对催化裂化工艺时，人们却发现，流化床恰恰是一个合适的选择。首先流化床里催化剂是在气流冲击下悬浮的，互相有碰撞可以撞掉一部分表面积炭。如果增大气流，还可以将催化剂从反应器里吹出去，这样一来就有希望连续地实现催化剂的再生。

流化状态图

图中是不同的流化状态，其具体形态取决于颗粒大小，密度与气量，一般来说气速低的时候颗粒在床层内悬浮就是流化床状态，气速高的时候颗粒就会被吹走属于气力输送状态。

标准石油公司1941年完成了一套流化床反应装置，随后几经改进最终发展成了提升管反应器。

提升管反应器包含两个部分，一个是反应器，一个是再生器。反应器包提升管和沉降室构成，催化剂首先进入提升管，在原料油与水蒸气的带动下经过提升管，期间进行反应。经过反应的催化剂活性降低进入沉降室，随后进入再生器。在再生器内，催化剂与空气接触，利用燃烧过程清除表面的积炭，再重新进入提升管中，如此循环往复。

提升管反应器

提升管与沉降管直径不同，内部气速也不一样，提升管内流速快相当于气力输送状态，沉降段速度慢，颗粒自然下落。

相对于移动床反应器，提升管反应器无需利用额外的设备在反应器与再生器之间输送催化剂。整个输送过程直接用流态化技术完成，实际上实现了催化剂的自动再生。此外，这个过程中还充分集成了热量，我们知道，催化裂化的反应温度在400-500度左右。催化剂的烧碳再生恰好是一个放热反应，再生后的催化剂表面是炙热的，因此原料气的温度无需特别高也能保证反应的进行，这就节约了能量。

催化裂化不是一个适宜工业生产的反应。然而通过反应器的巧妙设计，工程师最终化腐朽为神奇，化不能为可能。