基于多孔介质加氢裂化反应器多相流数值模拟

采用欧拉多相流模型,通过建立多孔介质能量守恒模型、热量传递模型和质量传递模型,对加氢裂化反应器内的多相流动、传热和传质进行了数值模拟计算,得到了反应器内多孔介质床层的速度场、温度场、浓度场和压力分布。结果表明,多相流模型的选取、传热传质模型的建立、油品物性的计算和边界条件的设置能够较准确地描述三相流动状态及其分布状态。反应器入口处的流动状况将直接向内部传递,壁面流随流动而发展,其宏观描述为：在出口床层处径向体积分率曲线出现拐点,进而使流体在催化剂床层径向和轴向分布不均匀,气化率得到提升。为了获得反应介质与催化剂充分混合的流体分布状态,有效利用催化剂,反应器入口处的流动状态必须得到优化。     

轴向固定床反应器内构件的研究

在直径1000mm、高3000mm的轴向固定床冷模装置中研究了气体分布器和瓷球填料对反应器内气流分布的影响结果表明,随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;气体分布器可改变床层内气流流形并使气流的径向速度分布趋于均匀;瓷球填料的阻力作用也可使径向气流的速度分布趋于均匀。合适的气体分布器与瓷球填料联合使用能使催化剂床层中气体的径向压差小于0.08kPa。     

新型甲烷部分氧化制合成气反应器的构型

在甲烷部分氧化制合成气反应研究中,向传统固定床反应器(CFR)中添加特殊设计的不锈钢氧气气体分布器,构成了带氧气气体分布器的固定床反应器(GDR).在GDR中,一路～80%的O2通过氧气气体分布器径向均匀分布直接进入催化剂床层,另一路～20%的O2则与CH4、H2O混合从反应器侧面入口进入体系参加反应,这样有效地降低催化剂入口段发生放热反应所带来的床层热点,使床层温度分布更加均匀,同时也增加了体系操作的安全性.     

催化重整固定床反应器传递及反应过程的数值模拟

 全面系统地分析了催化重整固定床反应器(Catalytic reforming fixed bed reactor, 以下简称CRFBR) 内物料的流动、传热、传质和重整反应等过程及各过程之间强烈的相互作用,以流体力学的基本微分方程为基础, 考虑流体的湍流流动和多孔介质内流体流动、传热、传质等过程, 结合催化重整集总反应动力学模型,建立了CRFBR传递及反应过程的综合数学模型,并给出了模型求解的边界条件和相应的数值计算方法. 模拟计算得到了反应器内轴向和径向速度场、压力场、温度场和组分浓度场的详细信息,揭示了各种过程之间的内在规律和相互作用. 结果表明, 径向反应器床层中上部,沿流程方向,单位厚度上的床层温降逐渐变小; 轴向上压力梯度很小, 温度梯度较明显. 径向反应器床层底部流体流动不均匀,出现“冷点”. 用工业装置数据对模型进行了验证, 两者基本吻合, 验证了模型的合理性.     

滴流床反应器内液体分布的研究

对滴流床反应器内的液体分布进行了系统研究,结果表明,要实现均匀的 液体分布应注意：①催化剂装填表面要平整,避免凸面或凹面;②液体的预分布致关重要, 均 匀进料优于点源进料;③为避免壁效应,床层直径与催化剂直径之比应大于20;④要有足够 量的液体其分布才可能均匀,液速过低不可能实现均匀分布;⑤对于点源进料和大直径反应 器应特别注意改善液体分布。研究还揭示,降低液体的表面张力可减小壁效应,改善液体分 布;而液体粘度的提高对液体分布无明显影响。     

“D形”无底扇形筒在逆流床连续重整装置应用

径向反应器在连续重整装置得到了广泛的应用,扇形筒是径向反应器重要的内构件之一。油气自反应器入口进入反应器后,通过立于反应器器壁周围的扇形筒径向通过催化剂床层发生化学反应。作为油气进入反应器床层的重要通道,扇形筒的运行状况对连续重整装置的运行有很大的影响。     

乙醇脱水固定床反应器数值模拟的研究

应用计算流体力学软件Fluent,选用多孔介质模型,对φ50 mm×500 mm的乙醇脱水固定床反应器建立了单管反应器整体反应数学模型,模拟了反应器内温度和浓度分布,并对模拟结果进行了实验验证。研究结果表明,催化剂床层上部的径向温差较大,最大温差可达50℃,是脱水反应发生的主要区域;在反应器内高温区域有利于产物乙烯的生成,低温区域则有利于乙醚的生成;在400℃、WHSV=1.0 h-1的条件下,温度分布的模拟值和实验值的偏差不超过10℃,反应器出口乙烯选择性的模拟和实验值分别为98.6%和96.9%,乙烯选择性相对误差1.8%。实验证实选用的模型能较准确模拟乙醇脱水反应器内温度和浓度的分布情况。     

降低固定床渣油加氢反应器径向温差的技术措施

渣油加氢装置原料黏度大,在催化剂床层易发生流体分布不均的现象,如不采取有效措施,在开工初期极易发生床层径向温差大、过早出现床层热点的问题,不但降低催化剂利用率,还会产生安全隐患。中国石化海南炼油化工有限公司在生产实践中通过优化开工方案、调整操作以及使用更高效的反应器入口物流分配器,可有效改善固定床渣油加氢反应器催化剂床层流体分布,降低径向温差,实现催化剂的高效利用。     

动能探头测定循环流化床中颗粒流动特性

采用动能探头测定了循环流化床中（内径１８６ｍｍ，高８ｍ）颗粒动能的径向分布及其随操作条件和轴向位置的变化规律，并结合空隙率的径向分布，同时研究了颗粒速度、颗粒通量的径向分布规律。实验结果充分表明，在循环流化床中，颗粒流动在床层径向具有很大的不均匀性，并呈明显的内循环流动结构。实验结果对于探索循环流态化不均匀流动机理、建立气固流动模型以及寻求强化和改善反应器操作的途径，均具有重要的意义。     

加氢裂化装置反应器径向温差原因分析与探讨

某蜡油加氢裂化装置在高负荷高转化率工况下,裂化反应器第一床层径向温差达到10℃,是由于单床层采用2种不同尺寸与不同活性的催化剂级配,反应气化率变化加剧,不利于径向液体分布,从而使径向温差偏大;柴油加氢裂化装置第二床层径向温差达到20℃,在一定范围内,其径向温升与轴向床层温升呈正比,与冷氢流量呈反比,是由于单床层采用4种不同尺寸与不同活性的催化剂级配,反应器内径向气、液相分布不均匀,径向局部液体流量不均匀,导致反应器床层径向温差增大。通过提高催化剂装填质量,建立实际模型,加强对操作参数监控,降低反应器的径向温差,从而提高催化剂的利用率,降低操作难度,实现装置的长周期运行。     

低压组合床重整再生器的研究

在直径700mm移动床径向再生器中进行了试验研究，测定了四种进气方式下气体轴向分流的不均匀度，确定了适宜的进气结构；测量了径向再生器中的分流主流道的气体速度分布；分析了中心筒的开孔率对均匀布气的影响，确定了适宜的中心筒的开孔率；测定了径向再生器中催化剂的停留时间分布，以确定径向床面固体分配器的分配均匀性以及床内固体催化剂流动的流型。考察了高气速对催化剂移动的影响，确定了气体操作线速上限。工业应用情况良好。     

固定床反应器溢流型气液分配盘的性能模拟

以油品和氢气为原料,选用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型,利用计算流体力学（CFD）软件建立了固定床反应器分配盘数学模型,并在验证模型准确性的基础上对由溢流型分配器组成的分配盘进行性能分析,考察了分配器排列方式、间距、分配盘下方空高等因素对分配盘性能的影响。结果表明,当以正方形形式排列,布点间距为118 mm、分配盘与催化剂床层间距为150 mm时,气液分配盘液相分布的不均匀度最小,仅为1.86%,比基本构型分配盘的液相分布不均匀度降低了42.9%。     

催化裂化待生剂分配器性能的冷模实验评价

高效待生剂分配器对改善催化裂化再生效果具有显著的影响。设计并建造了一套能够评价待生剂分配器性能的冷模实验装置,检验了依据现有工业设计方法制造的船型和管式分配器模型以及无分配器时的颗粒横向分配性能,对比了3种再生器待生剂入口结构性能的优劣,并找出了它们存在的缺陷。结果表明,在大型工业装置中,管式分配器是唯一能够显著改善颗粒横向分配均匀性的待生剂分配器,但它必须消耗大量的输送风,会因此增加装置能耗,并对待生管路的颗粒输送能力产生不利影响;船型分配器对颗粒横向分配均匀性的改善作用十分有限,尤其是在大型工业装置中。对于所有待生剂入口结构,增加输送风量能够显著改善颗粒横向分配的均匀性,增加松动风量也能改善船型和管式分配器的性能,但总体上效果不如增加输送风显著,而增大催化剂循环量后,3种待生剂入口结构的颗粒横向分配均匀性均有一定程度的恶化。由于受管内气 固相流型转变的影响,管式分配器存在一个临界输送气速,在此临界气速以上,颗粒横向分配均匀性可以显著改善。上述研究结果可为工业待生剂分配器的优化设计以及新型高效待生剂分配器的开发提供借鉴。     

固定床反应器内构件-喷射型分配器的结构优化

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对一种喷射型分配器进行了数值模拟,在此基础上探讨了气相入口结构、液相入口数量、出口喷嘴直径等对分配器不均匀度和压力降等性能的影响,进而优化了分配器结构。研究结果表明,改进型分配器气相入口形式为朝向同侧的2孔,液相入口个数为4个,出口喷嘴直径为12 mm,分配器下方200 mm的液相分布不均匀度为0.170 2,与基本构型分配器相比降低了3.46%,可在一定程度上改善分布效果;压力降与基本构型分配器的压力降相近。     

国外重渣油沸腾床加氢反应器

介绍国外重渣油沸腾床加氢反应器的结构特点,重点介绍了沸腾床反应器的流体分布系统、分离循环系统和催化剂在线加排料系统,其中流体分布系统包括流体预分配器、分布盘,该系统合理设计可以保证气液流体均匀进入和通过沸腾床反应器的催化剂床层;分离循环系统包括循环杯、循环泵和下导管,其中循环杯主要用于反应物流的气液分离以尽量减少经循环泵循环回反应器的气体,它与循环泵和下导管一起构成液体循环回路,提供催化剂床层膨胀的循环液相流体;催化剂在线加排系统包括催化剂的在线加入系统和催化剂的在线排出系统,该系统可以保证反应器中催化剂活性的稳定、反应生成的产品性质稳定并能确保沸腾床装置的长周期稳定运转。还详细分析了国外沸腾床反应器的优缺点及沸腾床技术的最新发展趋势。     

Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中积炭效应的数值模拟

在综合考虑积炭效应对催化剂孔隙率以及催化剂活性影响的基础上,通过建立包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,从热质传递的角度,计算了Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中的积炭效应,阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度、温度及压力场分布,并指出了在通道中随气体流动扩散的可移动炭以及催化剂表面沉积炭浓度分布规律,分析了积炭对催化剂孔隙率、活性以及反应通道压降的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。