催化裂化提升管进料段内油剂两相流动混合的优化及工业应用

通过冷模实验,揭示了催化裂化提升管进料混合段内存在两个问题,即在局部区域内颗粒相返混严重以及油剂两相浓度分布并不匹配-在油相浓度高(低)的位置,剂相浓度却较低(高).通过对实验结果的理论分析,提出了改善提升管内油剂两相接触、混合的思路,即利用和控制二次流,并借助于CS型催化裂化进料喷嘴对二次流实现"用其利,抑其弊",工业应用的结果清楚地表明CS喷嘴对提升管内油、剂两相流动、混合状况有明显地改善,可有效地提高液收率.     

二元颗粒在气固流化床中的轴向分布特性

通过大型冷模实验测量了二元混合颗粒在流化床内沿轴向的压力分布，考察了混合颗粒截面平均浓度沿轴向的变化特点。通过分析床层压差分布的转折点，确定了密相区与稀相区的相交界面高度，根据实验结果给出了经验关联式。通过压力信号标准差分析了流化床内混合颗粒流化性能与表观气速和颗粒混合比例的关系。实验结果表明，平均颗粒浓度沿流化床轴向呈下降趋势，且在密相区中随表观气速增加而减小，在稀相区中随表观气速增大而增大。二元颗粒中大颗粒比例x_l为0.685时，密相区总平均颗粒浓度存在最大值。密相区与稀相区相交界面高度随表观气速增大而提高。当0.225≤x_l≤0.479和0.561≤u_g≤1.122 m/s时，流化床内二元颗粒的流化性能和混合程度达到最佳。     

矩形移动床径向反应器内颗粒贴壁现象分析

贴壁现象是制约移动床反应器操作弹性的瓶颈之一。在高度为1.3 m,宽度为0.3 m,厚度为0.04 m的矩形径向移动床冷模实验装置上考察了颗粒层的贴壁现象。记录了不同操作条件下贴壁与空腔现象产生的位置及形状大小,并测量了气体通过床层的压降。结果表明,随着表观气速的增加,贴壁层变厚,空腔变大,呈现为渐进型贴壁,而颗粒循环强度对贴壁与空腔现象无影响。通过力平衡分析建立了描述贴壁现象的数学模型,引入矫正因子对模型进行修正,模型计算值与实验值基本相符。     

矢量优化技术在FCC进料喷嘴开发中的应用(Ⅰ)——"外部矢量"的优化

采用大型冷模实验,结合多种现代多相流测试技术,考察了FCC提升管内催化剂和原料油的流动、混合状况.通过引入4个新参数:射流相无量纲特征浓度(反映射流的扩散速度)、颗粒密度分布均匀性指标(反映催化剂颗粒分布的均匀程度)、颗粒相返混比(反映催化剂颗粒的返混)和特征浓度剂油比(反映剂油的浓度"匹配"),定量比较了不同喷嘴出口射流速度对提升管内多相流场的影响.从优化提升管内油-剂流动、混合效果的角度出发,对进料雾化喷嘴的两个"外部矢量"进行了优化:一是喷嘴出口射流速度应控制在65～70 m/s,二是采用"气体内构件"来调控提升管内流场.工业应用的效果表明,进料雾化喷嘴"外部矢量"的优化切实有效.     

新型催化裂化提升管进料段油、剂两相混合特性

通过大型冷模实验,引入射流相对浓度及颗粒相对浓度两个新参数,考察了油剂逆流接触新型提升管进料段内的油剂“匹配”状况。结果表明,喷嘴向下倾斜的进料方式能够强化油剂初始接触区域内两相混合,混合区高度可缩短约1/3。根据进料段内油剂匹配的特点,可将该新型进料段分为油剂初始接触区、气固扩散区和过渡恢复区3个部分。根据实验结果,得到了较佳的工况组合,分别为：喷嘴与轴向夹角α=30°,预提升气速U_r=4.1 m·s^-1,喷嘴气速U_j=64.2 m·s^-1。结合实验数据,对新型进料段中油剂匹配指数的轴向分布进行了拟合,结果可为油剂逆流接触提升管进料段的工业设计提供参考。     

内设中心管的两股催化剂混合预提升管内颗粒速度的分布

采用PV-6D光纤速度仪考察了内设/不设中心管两种催化裂化提升管预提升段内FCC催化剂颗粒速度沿轴、径向的分布,引入径向不均匀指数RNI对颗粒速度的径向不均匀性进行定量分析,并与传统结构内的RNI进行了对比. 结果表明,设中心管的提升段内颗粒速度沿轴向分布更均匀,两种结构内颗粒速度沿径向分布均匀程度扩径区(中心管区)设中心管结构<无中心管结构,底部区及提升管入口区设中心管结构>无中心管结构;相比传统结构,无中心管提升段内RNI减小40%,设中心管减小60%. 给出了设中心管提升段内截面平均颗粒速度轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好,可供工程设计参考.     

边界条件对颗粒-流体对流传热的影响

对单个球形颗粒与周围流体的对流传热进行数值模拟,考察了等温边界、等热流量边界和流固耦合边界条件的影响。结果表明,流固耦合边界和等温边界所得时均面积加权努塞尔数与经验公式计算结果基本一致,等热流量边界模拟结果大于其它两种边界条件结果。时间平均局部面积加权努塞尔数的分布表明,当流动稳定且不发生分离时,努塞尔数从前滞点到后滞点逐渐减小;当出现非稳态涡旋时,努塞尔数从前滞点到分离角附近逐渐减小并出现最小值,后逐渐增大直至后滞点。     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

提升管进料区内气体射流流动行为的调控及工业应用

射流促使提升管反应器中产生了重要的介尺度流动结构,对产品的收率、选择性以及提升管内壁的结焦都有重要的影响。对近年来提升管进料区内射流流动行为及调控的研究进行了回顾。二次流是造成传统进料区原料-催化剂浓度不匹配的主要原因。基于Kutta-Joukowski升力定律,从理论上介绍了二次流形成的机理以及主流、二次流轨迹的预测模型,给出了油剂逆流接触这一强化手段。针对常规催化裂化、吡啶碱合成等工艺,分别介绍了油剂逆流接触、双层喷嘴等不同的进料区流场强化方法、实验室研究结果和工业应用结果。结果显示,采用进料区强化方法后可以提高目标产品的收率并显著缓解反应器内部的结焦现象。     

矩形错流移动床稠密气固两相流的实验和模拟

在实验基础上,采用欧拉双流体模型对矩形错流移动床中稠密气固两相流动进行了模拟,分析了矩形错流移动床的空腔、贴壁、两相速度、气相停留时间、压降等. 结果表明,气固两相流动受端部效应影响. 随表观气速增大,贴壁(约0.19 m/s)和空腔(约0.31 m/s)现象出现. 空腔随时间发生变化,而贴壁为渐进型,气速与空腔和贴壁的形状有关. 气速分布、空腔和贴壁使压降沿轴向呈反C形分布. 进料影响区、主体流动区和下料影响区压降比约为6:10:9. 随表观气速增大,气相停留时间减小,空腔尺寸增大,贴壁厚度先增大后不变,压降增大;而颗粒循环强度的影响不大