催化裂化沉降器旋流快分系统内气相流场的数值模拟与分析

为进一步提高催化裂化沉降器旋流快分系统的分离效率,首先对系统内气相流场进行了研究和分析.采用CFX5软件和应力输运方程模型（DSM）对其气相流场进行了三维数值模拟.将计算结果与用五孔探针测试的流场实验结果对比发现,计算结果与实验结果吻合较好,证明了应力输运方程模型适合用于旋流快分系统内三维流场的数值模拟.模拟结果表明：旋流快分系统内的流场为三维湍流场,在旋流头喷出口附近区域存在多个纵向旋涡,存在短路流现象,这是导致分离效率不易提高的主要原因.旋流快分头的S值和倾斜角对气流切向速度都有一定的影响,应优化确定.加入汽提气后,对旋流快分系统内的流场影响不大,但对气体的快速引出有利.     

催化裂化沉降器内液滴运动规律的数值模拟研究

催化裂化沉降器结焦将导致非计划停工,严重影响催化裂化装置的长周期运行.首先求取了单位时间沉降器内冷凝的油浆液滴的质量,然后利用颗粒轨道模型对液滴的运动轨迹进行模拟计算,得到液滴的停留时间、运动轨迹和分布区域.模拟计算结果表明,液滴在沉降器内的运动具有很强的随机性,不同大小的油浆液滴的停留时间不同,但大部分的液滴粘附在沉降器内壁和旋风分离器外壁上,进而缩合结焦.加强沉降器的保温可减少油气重组分的冷凝,采用"高温汽提"和"化学汽提"可减少进入沉降器的油气重组分的量,从而减少沉降器结焦.     

RFCC沉降器内流动及传热过程的数值模拟

针对重油催化裂化(RFCC)沉降器结焦问题,采用计算流体力学方法,建立了一套160万吨/年工业重油催化裂化(RFCC)沉降器油气流动和传热的数学模型。通过模拟研究考察了沉降器内的速度、温度以及油气分压分布,结果表明,油气运动速度低、分压大易导致结焦。通过计算粗旋、顶旋以及汽提段等各部分油气在沉降器内的停留时间分布发现,粗旋料腿处进入沉降器的油气含量高且停留时间很长,对沉降器结焦的影响最大,因此降低粗旋料腿处进入沉降器内的油气量是防结焦的关键。     

催化剂汽提器内气固传质特性的研究

采用氧气示踪的方法在f 486×8000mm的有机玻璃床内对普通流化床汽提器和盘环形挡板汽提器进行了系统的气固相传质冷态模拟实验,得出了不同汽提线速和催化剂质量流率下上述两种催化剂汽提器内油气浓度轴向分布的变化规律。根据其油气浓度轴向分布的特点,结合鼓泡流化床两相理论以及一系列的假设,提出了针对这两种汽提器的一维传质模型。由实验结果待定了一维传质模型的模型参数,获得了计算两种汽提器轴向油气浓度分布的半经验的指数关联式。该关联式和实验数据比较吻合,相对误差均在10%以内。由该关联式可进一步计算出汽提器的汽提效率,可以为工业汽提器工艺参数的优化以及工程设计提供参考。     

一种新型气固分离器气相流场实验研究

针对后置烧焦管式组合催化裂化再生工艺的要求设计了一种用于烧焦管出口的新型气固分离器.为进一步优化分离器结构,弄清分离机理,采用五孔探针在入口气速为10～22 m(s(1的实验范围内对分离器内部气体流场进行了测试,得出了该分离器内气相流场的整体特性--气流绕中心管旋转,以切向气速为主,愈靠近中心管切向气速越大,径向和轴向气速均较小.同时分析了入口气速对流场的影响规律.在此基础上,给出了计算无因次切向气速的经验公式,公式预测结果与实验值吻合较好.依实验数据计算出了通过两条窄缝及经下方空间返回气量占进入第一条窄缝前气量的比例分别为31%、41%和28%,上述比例不随入口气速变化,说明分离器操作稳定.根据气相流场实验数据结果,指出了进一步结构优选的方向.     

催化裂化汽提器技术研究进展

介绍了近年来催化裂化装置汽提器的研究现状,主要包括挡板汽提器的气固流态化行为,环流汽提器和填料型汽提器.叙述了气固两相在后两种汽提器内的流动特点,并指明了汽提效率优于挡板汽提器的原因.填料型汽提器在高催化剂循环通量条件下仍可有效降低再生器烧焦量,正适合原油重质化和利用催化裂化生产低碳烯烃的发展趋势.     

浅谈尿素气提塔的结构特点

气提是一个物理过程，它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。例如，A为液体，B为气体，B溶于A中达到气液平衡，气相中以B气相为主，加入气相汽提介质C时，气相中A、B的分均均降低从而破坏了气液平衡，A、B物质均向气相扩散，但因气相中以B为主，趋于建立一种新的平衡关系，故大量B介质向气相中扩散，从而达到气液相分离目的。通过控制气提介质的量可以控制气提程度。     

催化裂化后反应系统快分的研究进展

催化裂化后反应系统对装置的产品收率、分布和长周期运转具有重要的意义,提升管出口快分是后反应系统的核心装备。对近年来我国催化裂化后反应系统快分的基础研究、开发和工业化进行了回顾,对关键几何结构和尺寸对不同类型快分内两相流场、分离效率和压降的影响进行了总结和分析。为减少油剂接触时间并尽快引出油气,将提升管出口粗旋和一个预汽提器耦合起来并形成了FSC和CSC系统。系统内设置了多个内构件以消除旋进涡核的摆动效应并减弱底部预汽提蒸汽对旋分流场的影响。针对内提升管进而提出了包含旋流头和封闭罩的VQS系统。优化结果表明,带有向下旋转的长臂的旋流头具有更加优越的性能。此外,数值模拟结果显示在臂出口存在严重的短路流现象,导致分离效率显著下降。为解决这一问题,增设了一个环形盖板和隔流筒,从而形成了SVQS系统。结果表明,对平均粒径18 μm的滑石粉SVQS系统的分离效率提高了约30%,与此同时压降仅增加不到400 Pa。为了进一步缩短油剂在分离器内的分离时间,提出了一种新型SRTS快分,该快分能够将分离时间缩短到1 s以内,与此同时分离效率仅略低于旋风分离器。     

MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

催化裂化后反应系统快分的研究进展

催化裂化后反应系统对装置的产品收率、分布和长周期运转具有重要的意义,提升管出口快分是后反应系统的核心装备。对近年来我国催化裂化后反应系统快分的基础研究、开发和工业化进行了回顾,对关键几何结构和尺寸对不同类型快分内两相流场、分离效率和压降的影响进行了总结和分析。为减少油剂接触时间并尽快引出油气,将提升管出口粗旋和一个预汽提器耦合起来并形成了FSC和CSC系统。系统内设置了多个内构件以消除旋进涡核的摆动效应并减弱底部预汽提蒸汽对旋分流场的影响。针对内提升管进而提出了包含旋流头和封闭罩的VQS系统。优化结果表明,带有向下旋转的长臂的旋流头具有更加优越的性能。此外,数值模拟结果显示在臂出口存在严重的短路流现象,导致分离效率显著下降。为解决这一问题,增设了一个环形盖板和隔流筒,从而形成了SVQS系统。结果表明,对平均粒径18μm的滑石粉SVQS系统的分离效率提高了约30%,与此同时压降仅增加不到400 Pa。为了进一步缩短油剂在分离器内的分离时间,提出了一种新型SRTS快分,该快分能够将分离时间缩短到1 s以内,与此同时分离效率仅略低于旋风分离器。     

提升管出口SVQS自然旋风长度的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型对一套φ600 mm×4150 mm的SVQS旋流快分装置的气相流场及自然旋风长度进行了模拟研究。结果表明,SVQS旋风尾涡的截面位置与隔流筒下端面最大切向速度衰减达88%时的截面位置相吻合,并据此定义了SVQS的自然旋风长度。基于SVQS旋流快分切向速度的分布规律发现,SVQS的自然旋风长度随喷口气速的增加和汽提气速的减小而逐渐增大。参照旋风分离器自然旋风长度的计算方法,基于SVQS旋流快分的结构特点及模拟计算结果,提出了提升管出口SVQS旋流快分自然旋风长度的计算关系式。     

不同油气参数下SVQS系统内颗粒浓度场的模拟

为研究提升管出口旋流快分(SVQS)系统中催化剂颗粒的运动规律与浓度分布特征,对不同油气参数下SVQS系统的气固分离进行了数值流动模拟,从粒径、浓度分布和颗粒返混三个方面进行了分析。结果表明,在入口浓度一定的情况下,油气密度越大或黏度越小,封闭罩壁面处颗粒浓度越大,呈螺旋状分布的细带带宽和螺距不同;在隔流筒盖板处有颗粒大量聚集,并形成具有周期脱落特点的颗粒环带;隔流筒底部出现的“短路流”现象,削弱了SVQS系统的分离性能;不同粒径的颗粒下行时始终处于螺旋分层排列状态,且SVQS系统对直径为0.013 mm以下的细小颗粒的分离性能较弱。油气密度越大或黏度越小,颗粒间的跟随性更佳,浓度分布更均匀,SVQS系统对中、细颗粒的捕捉能力变强。SVQS系统中存在颗粒返混现象,且随油气密度增大或黏度减小而削弱。削弱颗粒返混、抑制颗粒高峰是提高该系统分离性能的重要方式。     

立式螺旋管气液两相流摩擦阻力特性研究

分别以油 气、气 水为工质,对立式螺旋管内气液两相流的摩擦阻力特性进行实验研究。实验用螺旋管完全由内径为３９ｍｍ的有机玻璃管弯制而成,其螺旋直径２６５ｍｍ,全长４４９０ｍｍ。在对实验结果和前人有关研究进行分析的基础上,给出了两种流动条件下摩擦阻力的计算公式,并与实验结果进行了比较,两种流动条件下,预测值与实验数据的最大偏差分别在３０％和２０％之内。     

流化催化裂化沉降器内油气的流动规律

采用Reynolds应力输运模型对一种催化裂化沉降器内的油气流动状况进行了全尺寸的数值模拟.在计算过程中未对沉降器的复杂结构进行简化,所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间.计算结果表明:粗旋分离器排气管出口的油气呈旋转射流状态喷出,弥漫于庞大的沉降器空间,流动缓慢,经历了较长的停留时间后才能进入顶旋分离器;大量油气在高温下长时间的停留将导致沉降器内大量结焦,对催化裂化的安全长周期运行造成隐患.     

催化裂化沉降器旋流快分系统内两种旋流头的性能对比

通过冷态对比实验,研究了旋流快分系统（VQS）内两种新型旋流头的分离性能,结果表明B型旋流头采用大弧切向出口后,对含尘气流具有加速旋转的作用,可使颗粒喷出后获得更高的切向速度,从而提高系统的分离效率。采用Fluent软件对VQS内气固两相流进行了数值模拟,重点考察了A、B型旋流头的流场分布和分离特性。模拟结果表明：含尘气流由B型旋流头喷出后,切向速度较大,离心力较强,增加了颗粒在稳定分离区内分离的概率;同时,含尘气流喷出后气量大部分集中在封闭罩内壁附近下行流动,下行轴向速度较大,有利于颗粒下行分离。此外,相比于A型旋流头,B型旋流头的分离优势在于可大大提高对中粗颗粒的捕集能力。因此工业应用中推荐采用B型旋流头,以更好地满足工业生产的需求。     

催化裂化沉降器新型高效旋流快分器内气固两相流动

用CFX软件对催化裂化沉降器新型旋流快分器的气相流场进行了三维模拟,湍流模型采用雷诺应力输运方程模型.计算结果与用五孔探针测试的气相流场实验结果吻合很好.采用离散轨道模型对该旋流快分器内颗粒的运动情况进行了计算,并由此估算了旋流快分器的分级效率和总分离效率.模拟结果表明：该新型旋流头可消除现有旋流头喷出口附近的短路流,更有利于提高旋流快分器的效率.两种结构形式的旋流快分器分离效率的计算对比说明：在旋流头处加入一个内构件,是很有价值的改进.     

带有中间分液结构的管壳式冷凝器实验研究

对于管内凝结而言,为保持蒸汽在换热管进口段的高效换热状态而进行中间分液,改变气液两相流的流型,以保持相对较高的换热系数是"短管效应"理论的技术举措。结合传统冷凝器的结构,本文设计了一种用于实验研究的气液分离卧式管壳式水冷冷凝器。通过布置在冷凝器两端分程隔板处的不同直径和数量的分液管来观察其换热效果,并与传统冷凝器进行整体换热系数、出口冷凝液温度及压力损失三方面的实验对比。结果表明:具有不同直径和数量的分液管的冷凝器具有相似的热力性能;具有不同直径和数量的分液管的冷凝器整体换热系数比传统冷凝器要高,出口冷凝液温度比传统冷凝器要低,且具有较小的压力损失;在测试工况下,右侧开启1个0.5mm、1个1mm,左侧开启2个1mm、1个0.5mm分液管的冷凝器表现出较好的综合换热性能。     

排尘结构对导叶式旋风管内流动分布影响的数值研究

通过数值模拟的方法研究了排尘结构对装有分流型芯管导向叶片式旋风管内流场的影响规律。研究发现,随排尘口直径增加,环形空间切向速度增加,分离空间内旋流区切向速度增加,外旋流区切向速度减小,经分流型芯管侧缝流量减小;旋风管压降随排尘口直径增加而减小,排尘口直径为200mm和250mm时,旋风管能耗最低;锥体尺寸增加可有效减小灰斗区及外旋流区的能耗。     

螺旋折流板冠形翅片管油冷器性能的研究

油冷器广泛应用于石化及各类机械加工过程中,新型高效油冷器的开发和研究有着重要意义。对不同结构参数的螺旋折流板冠形翅片管油冷器进行了实验研究,得到了油冷器的传热与阻力性能曲线,结果表明,油冷器的壳侧传热膜系数可达1 100—1 300 W/(m2.K),同时压降比弓形折流板光滑管降低30%—50%;传热管的翅片间距和翅片高度必须在合理的范围内,均在1.0—1.2 mm时,油冷器的性能较佳。