浆液外循环过滤分离费托合成浆态床反应器研究开发

通过对低温浆态床费托合成反应工艺特性和反应器性能要求的分析,为有利于蜡抽出系统的设计和维护、催化剂和反应温度在反应器床层的均匀分布,提出了浆液自行外循环固液分离浆态床反应器设想。通过气速对催化剂颗粒沉降、携带的影响,气体分布器对气含率的影响,浆液自行外循环推动力等因素分析,采用流体动力学、传热模型和宏观费托合成反应动力学模拟计算,确定了浆态床反应器的尺寸,以及进料分布器、内取热列管等内构件结构以及气固分离设备的结构,开发出了应用于低温费托合成外循环浆态反应器。     

费托合成催化剂流化床还原的数值模拟

开发流化床还原技术是实现费托合成催化剂高活性并提高其长周期运转性能的可能途径,而流化床还原操作条件的优化为该技术的关键。结合计算流体力学,利用双流体模型研究了流化介质、催化剂粒径、催化剂密度以及操作气速等操作条件对催化剂流化状态的影响。数值模拟结果表明:流化介质对催化剂的流化状态影响较大,催化剂细粉在流化床还原过程中可被有效分离;随着催化剂密度的增大,其操作气速也需相应提高。模拟结果和实验数据相一致,验证了数值模拟的合理性,展现了计算流体力学在指导反应器设计和优化方面的前景。     

底部粗重颗粒层对流化床流化特性的影响

研究床层底部粗重颗粒层对气固流化床流化特性的影响。以0~0.300 mm磁铁矿粉为加重质,不同粒度的玻璃球模拟粗重颗粒层,对比不同粗重颗粒层条件下的床层流化特性、压降变化特性。结果表明:底部粗重颗粒层堆积会减小流化床的临界流化气速,使床层提前进入稳定流化状态,影响流化床的分层特性。当玻璃球粒度为12 mm,层数为2层,流化床的分层作用最弱,床层的垂直压降波动标准差为2.55 Pa,流化效果良好。     

基于CFD气固密相循环流化床湍动特性分析

基于欧拉-欧拉双流体模型,对新型密相循环湍动流化床进行了研究。采用SSTk-w模拟气相湍动,KTGT模拟固相颗粒脉动,用Gidaspow模型分段描述密相湍动区和稀相循环输送区气固相间耦合作用,获得了密相循环流化床气固湍动特性。CFD的模拟结果表明,密相提升管在较低气速下进入湍动状态,中心区域轴向压力均匀变化,颗粒浓度高达30%以上,轴向气穴与颗粒相间隙絮状分布,近似均匀流动,轴向颗粒速度存在一个先减小再增大的过程。在边壁区颗粒浓度高,存在强烈的气固反混。     

悬浮磁化焙烧炉四室还原腔气固流动特性试验研究

四室还原腔是悬浮磁化焙烧炉的核心部件,为探明四室还原腔内气固流动特性规律,搭建了四室还原 腔冷态试验系统,探究了流化风速、松动风速和给料速率对流化室内气固流动特性的影响规律。 结果表明,随着流化 风速、松动风速的增大,流化室内床层同一高度处,压强呈减小趋势;随着给料速率的增大,流化室内床层同一高度处, 压强呈增大趋势。 在不同操作条件下,流化室内颗粒浓度分布区间为 0. 40~ 0. 54,沿轴向均呈“ S”型分布。 床层同一 高度处颗粒浓度随着流化风速和松动风速的增大而减小,颗粒浓度随着给料速率的增大而提高。 研究结果对悬浮焙 烧炉四室还原腔的结构优化和参数调控具有一定的参考价值。     

干法重介质流化床压力多尺度分析与流化质量表征

选煤是煤炭清洁加工利用的源头技术，干法选煤是干旱缺水地区与易泥化煤炭高效分选提质的重要途径。干法重介质流化床通过上升气流驱动加重质颗粒流化形成一定密度的气固流态化床层，实现对煤炭按密度分选，床层密度均匀稳定性即床层流化质量是决定分选精度的关键。受到气流、气泡、运动内构件、入料等多因素扰动，床层流化行为复杂多变，压力信号呈现出非均匀性、非线性、多尺度特征。基于干法重介质流化床压力信号的轴向差异传递与横向等效扩散特性，着重研究了床层轴向压差波动特征，提出流化质量定量表征方法。结果表明：基于时域分析可知，Geldart A类加重质颗粒床层总压降概率密度分布接近于正态分布；当床层散式膨胀时，由于颗粒间接触力的分布不均，概率密度呈现右偏且尖峰的偏离正态分布。通过频域分析发现，在床层膨胀区间的中末期，气泡主频主导了流化床的整个轴向区间；完全流化后的流化床，气泡主频仅控制着床层中部区域，床层浓度信号主频沿床层轴向分布变化明显。结合时域和频域信号分析结果，提出以轴向床层浓度主频为子区间波动标准差权重值的流化质量表征模型，可以综合评估干法重介质流化床的密度分布均匀性和稳定性，为干法重介质流化床分选密度稳...     

浓相气固高密度流化床内的气泡动力学行为特性

采用试验测量与数值模拟计算相结合的方法,对干法选煤采用的浓相气固高密度流化床内的气泡动力学行为进行研究。对影响床层稳定性和密度均匀分布的气泡尺寸与上升速度进行计算分析,结果表明：以Geldart B类高密度磁铁矿粉作为分选介质,在表观流化气速 1.5 U mf ≤ U ≤ 2.2 U mf的条件下,气泡沿床高方向与床体轴向的气泡平均直径分布为35 mm< D b <49 mm和 40 mm< D b <61 mm,气泡上升速度范围为40~65 cm/s,试验与模拟结果基本吻合;此时,流化床内各点的密度分布均匀稳定,密度分布标准偏差为0.016 8。因此,调节表观流化气速 1.5 U mf≤ U ≤2.2 U mf ,可以使气泡尺寸和上升速度都保持在合理的范围内,流化床处于最有利于煤炭分选的准散式流态化,分选效果最好。     

空气重介质脉动流化床流化特性研究

为研究脉动流化床的流化效果,对不同脉动气流参数条件下脉动流化床和传统流化床的流化特性进行了对比试验,并分别对流化曲线、流化床床层压降以及床层中心点密度波动进行了分析。结果表明,脉动流化床在临界流化状态时,床层压降变化平稳,流化曲线不会出现凸峰。脉动流化床中床层压降波动显著小于传统流化床,其床层密度的稳定性更高,相同流化数（流化床工作气流速度与起始流化速度的比值）时,脉动流化床具有更低的床层密度。     

振动流化床流化特性与细粒煤干法分选

将振动能量引入气固分选流化床,形成振动分选流化床,将煤粉和磁铁矿粉混合作为二元复合加重质,利用微差压传感器在线采集床层压力信号,并采用信号时频分析方法将信号进行划尺度分解,从微观角度分析振动流化床分选过程中的流化行为特性,研究振动能量对分选流化床流化质量的作用,并利用床层压力信号能量量化研究压力波动与不同流化现象的响应;基于对6～1 mm细粒煤分选试验结果的研究,结合床层中气泡行为的演变规律,提出了细粒煤分选效果的颗粒混合熵评价方法,研究了6～1 mm细粒煤在振动流化床中的分选特性及气泡运动行为对细粒煤离析分层效果的影响。结果表明,气泡引起压降信号的能量随着气速的增加,呈先增加后降低的趋势,随着振幅和频率的增加,气泡引起的压降信号能量逐渐增大,但床层压降信号的总能量随着气速、振动频率和振幅的增大逐渐增加。此外,通过对精煤和矸石组分的颗粒混合熵判定2组分的离析程度发现,随气速的增大,颗粒混合熵的变化趋势先降低后升高,随着振动频率和振幅的增加,精煤和矸石的颗粒混合熵逐渐增大,且在振幅A=2 mm,频率f=20 Hz,流化气速v=12 cm/s条件下,床层压力波动的能量和颗粒混合熵最低,床层压降波动平稳,床层密度分布均匀,对6～1 mm细粒煤具有最佳分选效果,其分选精度E值为0.095 g/cm~3,精煤灰分为9.59%。     

基于PIV的循环湍动流化床颗粒速度分布研究

试验采用粒子图像测速系统(PIV),研究了循环湍动流化床(C-TFB)在不同静止床层高度、不同操作气速、不同截面高度下颗粒速度分布及变化规律。试验在主体尺寸为2.00 m×0.40 m的C-TFB上进行,采用PIV系统对提升管不同截面高度进行测试,根据试验得到的最终速度矢量图对颗粒的速度进行分析。结果表明:操作气速U0越大,则轴向正方向速度越大,轴向负方向速度减小,说明适当增加U0可减少颗粒返混,提高反应器工作效率;静止床层高度H0的增加对颗粒速度影响较小,而床内物料含量增加,说明C-TFB反应器对物料的处理能力大;不同截面高度的颗粒运动变化差别较大,截面越高颗粒速度越趋于平缓,说明颗粒速度变化特征与提升管的尺寸密切相关。     

循环湍动流化床局部颗粒浓度的实验研究

在循环湍动流化床实验台上对FCC颗粒进行了流态化实验,采用PV6A反射型光纤探针对内径φ100 mm的提升管内颗粒浓度和波动标准偏差进行测试和研究。结果表明:同一轴向高度表观气速对颗粒浓度的影响较小;局部颗粒浓度的标准偏差结果显示,颗粒浓度波动程度较小,边壁区标准偏差值最小。     

浆态床反应器压力信号混沌分析及预测

运用混沌分析的方法对浆态床反应器压力信号进行了分析,结果表明,浆态床反应器在不同操作条件下都具有混沌性,并且当固含率为20％时反应器中混沌性较强,而在15％和30％固含率时反应器中混沌性较弱,在操作气速较低（1～2 cm/s）和较高（8～10 cm/s）的情况下,床层轴向上各处混沌性较为均匀;气速在4～6 cm/s下,床层轴向上各处混沌性相差较大,床层中部混沌性最为显著.采用了基于最大Lyapunov指数的预测法对压力时间序列进行逐步预测,预测值与实测值符合的很好,误差基本上在1％以内.     

空气重介质流化床高对流化特性影响

目前空气重介质流化床干法选煤技术已经逐步应用于工业中,为提高其分选精度,优化工艺参数,以流化床床层压降、起始流化气速、初始鼓泡气速和床层膨胀率为技术指标,研究流化床的流化特性,为现场工艺参数的优化和技术指标的选取提供理论依据。     

二元加重质振动流化床的流化及分选特性研究

将振动能量引入到二元加重质气固流化床中,将一定粒度组成的磁铁矿粉和石英砂按照不同质量配比形成的混合物作为加重质,对床层进行流化及分选特性研究。研究了二元加重质振动流化床的流化特性,并在不同流化气速、振动强度、加重质配比条件下,对6~3mm、3~1 mm两个粒级细粒煤进行分选试验,确定了最优试验参数。试验结果表明,临界流化气速随石英砂质量配比增大而减小。当气速为7.37 cm/s时,床层稳定性良好,压降标准差为4.08 Pa;在最佳试验条件下,对6~3 mm和3~1 mm两种粒级煤样分别进行分选试验,分选精度(可能偏差值E_p)分别达到0.09 g/cm~3和0.13 g/cm~3,分选效果良好。     

甲醇制烯烃固定流化床反应器设计

甲醇制烯烃成型催化剂开发需采用固定流化床反应器对催化性能进行评价.在确定操作条件(反应温度为450℃、压力为0.12MPa)和反应器内催化剂密相段直径(63mm)的情况下,计算了反应器操作气速、催化剂装填量、反应器高度、扩大段直径等设备主体尺寸,说明了气体分布器、气固分离和催化剂加卸料口的设置.固定流化床的试验结果将用于甲醇制烯烃成型催化剂的筛选,并为工艺参数优化提供依据.     

浆态鼓泡床内固含率影响因素的研究

在直径为68mm的三相浆态鼓泡床反应器内对空气-水-石英砂系统和空气-液体石蜡-石英砂系统的固含率进行了实验研究，得出了表观气速、气体分布板以及内构件等因素对固含率的影响程度．同时还考查了初始固含率对浆态床的最佳操作气速的影响，初始固含率为1％时，最佳气速在3cm／s左右；初始固含率为5％时，最佳气速在3—5cm／s之间；初始固含率为7％时，最佳气速在7cm／s左右；初始固含率为10％时，最佳气速在7—9cm／s之间．     

方形流化床内转变速度的研究

采用压差传感器在方形流化床中测试了多个床层截面的压力波动,研究了从鼓泡流态化到湍动流态化条件下气固方形床中截面平均压力梯度及其波动标准差的变化行为,获得了转变速度Uc,结合不同形式的圆形流化床关联式,采用当量直径方法对此流化床进行了转变速度的计算。比较分析的结果表明:通过当量直径的计算方法得出的转变速度与在相同操作条件下首先发生转变的床层上部的转变速度接近,说明用当量直径的方法是可行的。同时,发现床内流型的转变不是同时发生于整个床层的瞬时行为,而是由床层上部逐层向下扩展的递进行为,表明转变速度与床体尺寸及床层截面高度有关。     

空气重介质流化床分选特性的研究

介绍了影响流化床分选效果的因素,根据5种加重质的起始流化速度,确定适合分选的流化气速,利用示重块进行分选实验,在床内不同气速下分选90 s,分析对比其分配曲线,得出加重质E在气速3.88 cm/s时的E_p=0.08,此时床层密度接近分选密度,均匀性和稳定性较好,分选效果较好。     

基于准流体法的颗粒干扰沉降末速模型

试验研究了颗粒体积分数对液固流化床颗粒干扰沉降末速的影响，以准流体有效密度和表观黏度概念刻画床层内颗粒间相互作用，提出了新的干扰沉降末速模型，相对误差基本控制在10%以内，预测准确度比现有干扰沉降末速模型明显提高。利用提出的干扰沉降末速模型探究了等沉比随液固流化床层颗粒体积分数变化关系，发现等沉比随床层颗粒体积分数增大而增大，表明入料粒度范围变宽、粒度效应对重选的影响受到一定程度抑制。     

加重质液固流化床流化特性研究

为确定加重质液固流化床对粗煤泥的最佳分选条件,开展了针对加重质液固流化床流化特性的实验研究,分析了加重质液固流化床在不同流化水速下的床层密度分布,考察了不同粒级磁铁矿粉沿柱高方向的分布,研究了-0.25 mm煤泥含量对流化特性的影响。