提升管-环流床耦合反应器环流床内的固含率分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在提升管-环流床耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床内局部固含率分布及操作条件的影响,采用径向不均匀指数分析比较了提升管上端耦合环流床及耦合常规流化床的流化质量. 结果表明,环流床内固含率随表观气速增加而减小,导流筒底部固含率随外循环强度增加而增加,中上部固含率受外循环强度影响较小,环隙内固含率随外循环强度增加略有降低. 当导流筒内表观气速Ug,d<0.85 m/s时,固含率径向分布的均匀性沿轴向向上逐渐变好,当Ug,d≥0.85 m/s时,则沿轴向向上先变好,在导流筒出口处又变差;环隙内固含率分布趋于均匀的程度依次为环隙中部>环隙下部>环隙上部. 相同条件下,环流床内固含率分布的径向不均匀指数小于常规流化床.     

环隙气升式气固环流反应器内流体力学特性的理论分析

环流反应器的研究与应用一直局限于气液与气液固体系,将环流反应器移植到气固体系是一个具有独创性的探索。针对工业化中气固环流反应器的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器。并对床层空隙率、颗粒流动速度进行了实验研究与理论分析。建立了环隙区床层空隙率模型,发现环隙区床层空隙率随着环隙区表观气速的增加而增加;环隙区靠近导流筒外壁一侧颗粒流动速度明显大于靠近反应器内壁一侧,导流筒区颗粒流动速度沿径向的分布受气体分布器结构影响较大;环隙区颗粒流动速度基本不随轴向位置的变化而变化,导流筒区颗粒的流动属于密相输送,颗粒环流所受到的阻力主要集中在底部区域,其次为气固分离区,底部区域阻力大小由床层流化质量和导流筒下端距反应器底部的间隙所决定;建立了颗粒环流速度模型,发现环流速度随环隙区表观气速的增加而增加。     

环隙气升式气固环流反应器内床层密度的实验研究

针对工业化中气-固环流反应器存在的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器. 在一套冷模装置内系统地考察了局部床层密度分布. 实验中实现了稳定、连续的环隙气升式环流,环流推动力随着环隙区表观气速的增加而增加,随着导流筒区表观气速的增加而减小,当导流筒区表观气速为0.2 m/s时,颗粒环流方向改变为中心气升式. 受结构特性的影响,催化剂密度在导流筒区和环隙区沿径向的分布具有一定的不均匀性,在底部r/R≤0.47区域颗粒未能充分流化,床层密度接近820 kg/m3,在底部0.47≤r/R≤1.0区域颗粒流化较好,床层密度小于450 kg/m3;随着环隙区表观气速由0.2 m/s增加至0.54 m/s,环隙区、导流筒区平均密度分别降低约70和33 kg/m3,随着导流筒区表观气速由0.06 m/s增加至0.2 m/s,环隙区平均密度增加约90 kg/m3,导流筒区平均密度降低约33 kg/m3.     

环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性

针对中心气升式气固环流反应器在工业化中暴露出来的问题,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器,并建立了一套大型的冷态实验装置（装置总高4．56m,环流反应器筒体外径300mm）来考察环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性。操作条件为环隙区表观气速0.10-0.54m／s,导流筒区表观气速0.059-0.200m／s。分别测量了环流反应器环流段内颗粒的密度和速度,基于实验数据对催化剂颗粒的运动速度和环流推动力进行系统分析。结果表明,环隙区颗粒分布形式为“中心稀两边浓”;环隙气升式气固环流反应器内,颗粒环流速度随着环隙区表观气速的增大而增大,而环流速度梯度逐步减小。随着导流筒高径比H／D的增大,环隙气升式气固环流反应器的环流推动力增大而颗粒环流速度减小。     

两段气升式气固环流取热器导流筒壁与床层间的传热特性研究

在一套φ600 mm×7000 mm半圆形的大型有机玻璃两段环流实验装置上,采用FCC催化剂,在导流筒区表观气速0.101～0.670 m/s,环形区表观气速分别为0.049 m/s和0.099 m/s范围内,测定了导流筒壁与颗粒床层之间的传热系数、床层密度和颗粒环流速度的分布规律.结果表明床层密度和颗粒环流速度是影响传热的主要因素,而这两者的变化规律完全由导流筒区和环形区的气速来调控.传热系数随导流筒区气速的增加而增加,适当增加环形区气速能显著改善传热效果.实验结果表明,两段环流取热器比目前工业催化裂化装置使用的外取热器有较高的传热系数.通过理论分析,给出了两段环流取热器的传热系数关联式.     

两段气固环流反应器流体动力学行为和传质特性的研究

借鉴气液环流的理论,提出了气固多段环流的设想.以空气和FCC催化剂为介质,在内环表观气速为0.089～0.424 m/s、外环表观气速为0.04～0.08 m/s的范围内,在一套两段气固环流反应器内系统研究了两段环流反应器内颗粒的流体动力学行为和气固传质特性.发现反应器平均颗粒密度随着内环表观气速的增加而减小,随外环表观气速的增加变化不大.一段、二段环流速度随着内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小.环流反应器汽提效率随内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小,两段环流反应器的汽提效率大于单段环流反应器.     

中心气升式气固环流反应器中的能耗分布

基于能量平衡,推导出计算中心气升式气固环流反应器中不同区域内气固混合物流动能耗的理论模型,测量了不同区域内固相颗粒速度、气固混合物密度及床层压降,并根据实验数据确定出相应的模型参数,模型计算与实验结果吻合较好. 模型计算表明,中心气升式气固环流反应器内环隙区和气固分离区的能耗分别占反应器总能耗的近40%和30%,颗粒环流受到的阻力主要集中在这2个区域;而导流筒区及分布器影响区能耗较小,共占总能耗的近30%. 随导流筒区表观气速增加,环隙区能耗占总能耗的比重减小,气固分离区能耗所占比重增大,导流筒区和分布器影响区能耗基本保持不变. 气体分布器的安装位置对反应器内能量消耗的分布影响较大,中心气升式气固环流反应器内流动阻力更小.     

石油焦燃烧器环流混合段内床层的轴向密度分布

采用气-固环流反应器与输送床烧焦管相结合的结构形式,建立了一套适应石油焦或气化余焦燃烧要求的大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用差压变送器测定了环流混合段内环区及外环区内床层轴向压力梯度及密度的分布规律. 结果表明,内环床层密度分布可分为底部密相区和上部湍流扩散区;内环颗粒循环强度对底部密相区的密度分布影响较小,只对导流筒上部湍流扩散区有影响;随着内环表观气速的增大,整个内环床层密度均降低. 外环床层密度分布与内环的表观气速、颗粒循环强度和外环床层密相料位高度有关. 利用实验数据回归出了内环和外环轴向颗粒密度分布的经验模型,其计算值与实验值吻合较好.     

固体装载率对局部相含率与液体速率的影响

在高径比(H/D=22.2)的气升式内环流反应器中,以空气-水-石英砂为物系,研究了固体装载率和表观气速对导流筒内局部固含率、下降区固含率、下降区液体速率的影响,以及导流筒内局部气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明,固体体积分数小于或等于1.0%时,导流筒内局部固含率和下降区固含率与表观气速无关;下降区液体速率随表观气速和固体装载率的增加而下降;固定表观气速,在固体体积分数小于或等于2.0%时,导流筒内气含率在轴向是均匀分布的。     

连续内环流三相反应器局部流动特性

在φ200 mm×2500 mm连续内环流三相反应器内，考察了空气 水 玻璃珠体系反应器内局部流动参数随操作条件的变化规律。结果表明，导流筒内截面平均气含率随表观气速的增大而增大，较之气液两相流，在低固含率时，加入固体对气含率影响不明显，而在较高固含率下，气含率有明显降低，但固体再增加时对气含率变化影响不大。在较低表观气速下，进料浆速对导流筒内气含率轴向分布趋势有一定的影响，但在较高表观气速下影响不大，导流筒内的气含率大于环隙内的气含率且随气速增大差别更加明显，浆相连续有利于气相分散并增大环隙内的气含率。导流筒内循环浆速径向分布呈抛物状，中心高、近壁处低，受进料浆速和入口固含率影响都不大。浆相循环强度最低为20，高可达180。固含率轴、径向分布受表观气速和进料浆速的影响，固含率轴、径向分布基本均匀，随进料浆速增加，反应器内固含率降低。     

Hydrodynamics in airlift loop section of petroleum coke combustor

Based on the combustion characteristics of petroleum coke, a coupled gas-solid fluidized bed combustor is proposed in this work. The overall circulating system of the fluidized bed mainly consists of a dense-phase airlift loop section and a dilute-phase riser section. In different operating conditions, the particle flow behaviors in the airlift loop section were investigated systematically by using optical fiber probe. The experimental results show that the airlift loop section can be divided into four regions, namely, the draft tube, the annulus, the bottom region and the particle diffluence region, in which the average cross-sectional solids fraction and the particle velocity are different. The overall solids fraction difference between the draft tube and the annulus provides a driving force for particle circulation flow in the airlift loop section, and the driving force increases with increasing the superficial gas velocity in the draft tube. The ratio of the particle mass flux in the annulus to that in the riser ranges from 8 to 16. The particle circular velocity in the annulus also increases with increasing the superficial gas velocity in the draft tube. Moreover, a model about the particle circular velocity is established on the basis of energy equilibrium principle.     

缩放型导流筒气升内环流反应器液体循环速度的研究

研究气升式内环流生物反应器液体循环速度,分别采用一种传统圆柱型导流筒和三种不同结构参数缩放型导流筒,试验条件分别为空气－水和空气－ＣＭＣ两相系统以及空气－水－树脂三相系统,试验结果表明,对于空气－水和空气－ＣＭＣ溶液两相系统以及空气－水－树脂三相系统,液体循环速度随能气速度提高而增大;     

提升管与气-固环流床层耦合反应器颗粒相循环比的模型及预测

引言Geldart A类颗粒气-固环流技术是一种利用气-液环流原理,并结合气-固聚式流化体系特点而开发的一种新型流态化技术[1],具有气固接触效率高、传质传热性能好等优点,被广泛用于石油炼制领域中的催化裂化汽提器、提升管出口粗旋快分的预汽提器、外取热器、石油焦燃烧器和降烯烃反应器等装备中[2]。     

耦合反应器提升管段颗粒速度分布及约束特性

A large-scale cold model experimental setup of a riser-fluidized bed coupled reactor was established according to the olefin reduction technology with an auxiliary reactor for FCC naphtha upgrading.Distributions of particle velocity in the riser section were experimentally investigated in the setup.Furthermore,the restriction index of particle velocity was defined to quantitatively show the restriction effects of the riser outlet lotus-shaped distributor and the upper fluidized bed on the particle flow behavior in the riser.The experimental results showed that the riser could be divided into two regions in the longitudinal direction,i.e.,lower traditional transport region and upper restriction region.In the longitudinal direction,the averaged cross-sectional particle velocity in the traditional transport region increased firstly,and then tended to be smooth,while decreased in the restriction region.With the increase of static bed height in the upper fluidized bed,the local particle velocity decreased,and the tendency of change in the core region is more than that in the wall region.Restriction effects of the lotus-shaped distributor and the upper fluidized bed on particle flow behavior enhanced with the increases of superficial gas velocity,solids flux and static bed height in the upper fluidized bed.In the same cross-section,outlet restriction effects enhanced with the increase of the dimensionless radial position r/R,and would not change when r/R≥0.5.     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

提升管-流化床耦合反应器颗粒约束返混区的流动特性及约束作用分析

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在一套提升管-流化床耦合反应器大型冷态实验装置上,系统研究了提升管出口段的颗粒流动特性,通过定义约束指数R_i（R_i为颗粒约束返混区实际截面平均固含率与理论截面平均固含率之比）定量反映提升管出口分布器及流化床层的约束作用。结果表明,与常规提升管相比,耦合反应器提升管出口存在一个颗粒约束返混区,其长度主要受表观气速、颗粒循环强度及上部流化床内颗粒静床高度影响;由于出口设置了倒锥形分布器,使得颗粒约束返混区靠近提升管出口区域在表观气速较低和颗粒循环强度较大时,局部固含率最大值出现在量纲 1半径Φ＝0.7处;颗粒约束返混区的约束指数在靠近出口的过程中逐渐增大,气固流动受到分布器及上部流化床层的约束作用亦逐渐增强。     

Hydrodynamics and Flow Development in a 15.1 m Circulating Fluidized Bed Riser

Hydrodynamics and flow development are studied in a long riser circulating fluidized bed reactor (15.1 m). Optic fiber probes were used for the measurement of local solids distribution. Pressure drops were also measured with pressure transducers along the riser. The flow development in the riser center is almost instant with solids holdup remaining constant and low, and particle velocity remaining high along the riser. The particle flow is firstly developed from center, and then towards the wall. The riser height is an important factor for the design of circulating fluidized bed reactors. Increasing the solid circulating rate significantly slows down the flow development process, while increases in the superficial gas velocity accelerate it.     

Coal combustion characteristics in a fluidized bed combustor with a draft tube

The effects of gas velocity to draft tube (3–6 U_m), bed temperature (800–900°C) and excess air ratio (0–30%) on the total entrainment rate, overall combustion efficiency and heat transfer coefficient have been determined in an internally circulating fluidized bed combustor with a draft tube. The total entrainment rate increases with an increase in gas velocity to draft tube, but decreases with increasing bed temperature and excess air ratio. The overall combustion efficiency increases with increasing excess air ratio, but decreases with increasing gas velocity to draft tube. The overall combustion efficiency obtained in internally circulating fluidized beds was found to be somewhat higher than that in a bubbling fluidized bed combustor.