流化床-提升管耦合反应器内沥青颗粒的流动特性

针对重油残渣(沥青颗粒)气化制氢工艺,在流化床-提升管耦合反应器大型冷模实验装置上,考察了不同操作条件下沥青颗粒体系在耦合反应器内截面平均密度的轴向分布. 结果表明,对单组分沥青颗粒体系,耦合反应器适宜的操作条件为：提升管表观气速ug,r=0.70~1.76 m/s;与A类颗粒相比,沥青颗粒在耦合反应器内的流动特性呈现不同的特点,整个反应器沿轴向可分为底部流化床密相区、提升管底部低密度区、提升管颗粒密度重整区、提升管加速区、充分发展区和出口约束区6个区域;反应器内截面平均密度随颗粒质量流率增大而增大,随表观气速增大而减小;确定了耦合反应器内提升管区域截面平均固含率的影响参数为ep', Fr及H/Dr,并利用实验数据回归了平均固含率的轴向分布经验模型,其计算值与实验值吻合较好.     

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。     

环隙下料式流化床?提升管耦合反应器内截面平均固含率的分布

在环隙下料式流化床-提升管耦合反应器大型冷模实验装置中,研究了提升管和环隙下料管内FCC颗粒截面平均固含率(εp)的轴向分布.结果表明,流化床区域内pe随操作气速增大而减小,提升管区域可分为充分发展区(3.91~6.81 m)和约束返混区(6.81~8.60 m),提升管区域内εp随操作气速增大而增大,操作气速小于0.7 m/s时,εp沿轴向分布均匀;其大于0.7 m/s时,约束返混区的pe明显增大.在环隙下料管内,由于受窜气的影响,颗粒沿重力场流动阻力增大.操作气速小于0.75 m/s时,环隙下料管内εp沿轴向分布较均匀;其大于0.75 m/s时,变径段出现脱空现象.总体上,εp沿轴向向下略有增加,颗粒可顺畅通过环隙下料管循环返回流化床内.确定了提升管区域内εp沿轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

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.     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,结合提升管与流化床的特点,建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.     

流化床提升管中脱油油砂颗粒固含率的轴向分布

针对油砂直接流化焦化工艺,建立了一套大型冷模提升管循环流化床装置. 粒度测试结果表明,该脱油油砂颗粒属宽筛分混合颗粒,且细颗粒含量较多,粒度分布宽(1~>2000 mm). 在不同操作条件下,采用多点压力密度测量仪测定了提升管内压力梯度和截面平均固含率沿提升管轴向的分布. 实验结果表明,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率随表观气速增大而减小,随颗粒循环强度增大而增大;固含率沿提升管轴向的分布为C型,即上下两端较浓、中间较稀,且沿提升管自上而下分为3个区域：颗粒约束返混区(>12 m)、充分发展区(4~12 m)和颗粒加速区(<4 m);在相同操作条件下,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率高于FCC颗粒,加速段与约束返混段长度大于FCC颗粒;确定了脱油油砂颗粒在提升管内截面平均固含率的影响参数为ep', Fr及Hr/Dr;通过实验数据回归得到提升管内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算与实验值吻合较好.     

循环床提升管中粗重颗粒浓度的轴向分布

在10m高提升管中对空气-沙子体系的压力梯度进行系统测试,研究了粗重颗粒平均颗粒浓度云的轴向分布及操作条件对它的影响。结果表明,粗重颗粒的^εs在相同操作条件下显著低于FCC颗粒;随操作条件的不同,沙子颗粒表现出与FCC显著不同的轴向分布形态。高气速下粗重颗粒^εs的轴向分布与FCC相似表现为单调下降或直线形关系;但在表观气速Ug降低至某一临界值后,粗重颗粒^εs的轴向分布呈现出波动形式,表明沙子颗粒在提升管中的流动是一个加速-减速-再加速直至充分发展的过程。随Ug减小或Gs增大,提升管各截面上云升高;当^εs的轴向分布为波动形式时,提升管底部截面和中部颗粒聚集截面上^εs的变化较其它截面更为显著。     

气液固三相流化床局部相含率

在以焦末为固相、空气为气相、水为液相的三相流化床中研究了局部气含率和局部固含率径向分布。实验用流化床内径100 mm,高1.7 m,焦末粒度1.07 mm。分别采用电导探针法和光纤法测定局部气含率和局部固含率。结果表明:表观气速为0.35—0.71 cm/s,表观液速为2.12—3.54 cm/s时,局部气含率在流化床中沿径向r/R=0—0.8处分布较均匀,在靠壁面处下降至约0.5%,且随表观液速增加而减小,随表观气速增加而增大,且在距分布板轴向高度分别为370 mm和470 mm时趋势一致,大小沿轴向增加,在表观气速一定时,液速小于2.12 cm/s时,气含率沿径向减小的趋势较明显。局部固含率沿径向分布较均匀,基本不随表观气速变化而变化,随表观液速增大而增大,且在距分布板轴向高度分别为370 mm和470 mm时趋势一致,大小沿轴向减小。     

不同粒度分布高硫焦颗粒在强混燃烧器内的流动特性

利用一套新型强混燃烧器,对3种不同粒度分布的高硫焦颗粒的流动特性进行了较为详尽的考察. 反应器主要由预混段和提升段组成,两部分结构尺寸分别为f240 mm′3000 mm和f70 mm′9000 mm. 实验操作条件为：提升管表观气速8~18 m/s,颗粒循环速率60~200 kg/(m2×s). 通过对3种不同粒度分布的颗粒在强混燃烧器内颗粒固含率、颗粒速度轴径向分布的测定,发现随掺入细颗粒比例的增加,截面平均颗粒速度降低;在较粗的高硫焦颗粒中适当掺入细粉,可使床层内颗粒固含率增加,返混加剧,停留时间延长,有利于高硫焦的充分燃烧.     

三相环流反应器中的局部相含率

将压差法与气-液相间滑移速度相结合,提出了利用压差法测量三相区局部相含率的新方法,将测得的局部固含率进行轴向平均并与由颗粒装填量计算所得的固含率进行比较,证明了此方法的可靠性. 利用所提出的测量方法,考察了三相环流反应器中气含率和固含率随操作条件的变化规律. 结果表明,气含率随表观气速的升高而增大,且随轴向位置的升高而增大;大颗粒具有破碎气泡的作用,能够增大反应器内的气含率;固含率随表观气速的增加而降低,且沿轴向变化较大. 表观气速较高时,固含率沿轴向近似呈S形分布.     

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.     

16m高气固提升管中的压力梯度与流动行为研究

在较宽操作条件范围对16m高提升管中气－固两相流（空气－FCC颗粒）的压力梯度进行了实验测试,进一步揭示了快速流态化和密相气力输送这两种流动形态的动力学特征及其与操作参数的关系。结果表明,在表观气速增大的过程中气固提升管中的轴向压力梯度并非总是不断趋于均匀分布;提升管高度对快速流态化到密相气力输送状态的过渡有重要影响,对于给定的表观气速,提升管高度增加将使过渡点所应的颗粒循环量和床层颗粒浓度都减小。本实验条件下所有过滤点对应的床层颗粒浓度较为一致,平均为0．0104,并由此得到过渡点操作参数Ug与Gs的关联式。本文研究表明,在以往工作基础上进一步研究提升管高度对流动行为的影响极有必要。     

Comprehensive Study on the Solids Acceleration Length in a Long CFB Riser

Systematic experimental work was conducted to investigate the solids acceleration length in a 0.10 m i. d., 16 m long circulating fluidized bed (CFB) riser with fluid catalytic cracking (FCC) particles over a wide range of operating conditions. A more feasible method is proposed to determine the acceleration length from the measured axial profiles of pressure gradient (or apparent solids holdup). With this new method and large amounts of experimental results, a clear picture of the variation of the acceleration length with both solids circulating rate and superficial gas velocity is obtained. It is found that the acceleration length increases generally with increasing solids flow rate and/or decreasing gas velocity. However, the particular variation patterns of the acceleration length with operating conditions are quite different in different operation ranges. Especially under the conditions near or at the accumulative choking, the acceleration length extends rapidly with increasing solids flow rate and/or decreasing gas velocity, and sometimes takes up the whole riser height. Reasonable explanations are provided for the observed variation patterns of the acceleration length.