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。     

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

旋流雾化喷嘴内气液两相流动的特性研究

采用试验和数值模拟相结合的方法，对旋流雾化喷嘴内部气液两相流动特性进行研究，揭示旋流雾化喷嘴内部的流动机理，有效预测其雾化特性。计算模型采用雷诺应力(RSM)湍流模型和欧拉-欧拉(Euler-Euler)两相流模型。结果表明，当气液体积比为600、气体流量小于25 m3/h时，模拟计算结果与试验数据吻合较好。在喷口内部，由于流通截面的减小，二甘醇的切向速度迅速增大，在喉部区域达到峰值，流经喉部后，由于流通面积的增加，切向速度呈减小趋势。随着气体流量的增加，二甘醇的射程越来越远，当气体流量分别为15，20，30 m3/h时，二甘醇的分配不均匀度分别为27.94%，26.05%，33.42%，呈现先减小后增大的趋势。     

新型催化裂化槽式待生剂分配器的冷模实验

针对大型催化裂化再生强化的需要,本研究提出了一种新型的槽式待生剂分配器,在大型冷模实验装置上对其性能进行了系统的评价,并考察了不同操作条件和结构参数对主要性能指标的影响规律,最后和前期研究的两种传统分配器进行了性能对比。结果发现该型分配器只需操作气速大于临界表观气速即可达到得很高的颗粒分配均匀性和颗粒输送能力,而其他因素对其性能影响不大。考虑到工业圆形再生器的实际情况,提出了一个修正的不均匀指数,可以更好地满足工业待生剂分配器设计的需要。和传统船型和管式分配器的性能对比发现,新型槽式待生剂分配器不仅具有更好的颗粒分配均匀性,而且在颗粒输送能力和操作弹性两方面也具有显著的优势,其更本原因在于它更好地解决了分配器内颗粒的流动性问题。     

单相多分支并联管路流动特性研究与设计

为探究多分支并联管路流动特性及其设计方法,采用CFD(计算流体动力学)对多分支并联管路模型进行了单相流动数值模拟,并分析了不同管路模型的流量分配和内部流场特性。结果表明:并联管路各支管阻力损失不同是导致支管流量分配不均的直接原因。支管涡流损失占支管总阻力损失比例很小时,各支管流量分配均匀性较好;支管涡流损失占支管总阻力损失比例很大时,通过设计使集管截面积与各支管截面积总和的比大于1,可以明显改善流量分配均匀性。避免并联管路支管入口发生涡流的方法有两种:一是支管出口流速不小于集管流速,且流体从集管进入支管时边界不发生突变,二是集管流速小于各支管出口流速,且集管流速小到一定程度,对于不同介质和不同管径该流速值有所不同。     

半再生立管输送催化剂不畅的原因分析和改进措施

催化裂化装置中半再生立管是重叠式两段再生器之间催化剂循环的输送管。半再生立管在操作中常出现催化剂输送不畅的问题,直接影响到装置的平稳运行和催化剂的再生效果。依据两段再生器之间颗粒循环回路的压力平衡分析,半再生立管输送催化剂不畅的主要原因是立管入口进料、出口排料不畅造成下行回路立管的推动力不足。改进立管的入口进料、出口排料,松动风的设置等可以有效地提高立管输送催化剂的能力,解决半再生立管输送催化剂不畅的问题。     

气相加氢分配器的技术开发

依据气相加氢工艺的相关特点,设计了气相加氢分配器,主体为管式结构,结构简单,安装方便。主要通过侧隙出口和底板出口实现气相物流的均匀分布,流体流动稳定,阻力较小。在600 mm固定床冷模试验装置中,通过冷模试验测试了单个分配器结构参数(底板开孔结构和开孔尺寸)对分布效果的影响,优选出结构参数相对合理的气相加氢分配器,得到分配器的局部阻力系数,同时应用计算流体力学模拟软件CFX12.0对分配器进行了数值模拟,并在1 600 mm冷模试验装置中,考察了分配器组合分布特性。结果表明:用于气相物流场合时,通过采用合理的分配器结构参数,气体分布均匀,流动阻力较小,多分配器匹配较好,整体分配性能较好。     

FCC装置再生立管输送催化剂的影响因素

在1.0 Mt/a FCC装置上,考察了再生立管输送催化剂的影响因素和调控方法。通过测量不同工况时再生立管轴向压力和提升管反应温度,以及计算立管内表观气体速率,监测立管内部催化剂输送状态。结果表明：沿立管从上至下,立管轴向压力分布为非线性,压力梯度减小;反应温度波动幅度随松动风流量增加而增大。松动风流量为540 m³/h时,立管内气体表观速率范围为0.04~0.9 m/s;催化剂流态出现填充流是滑阀压降降低的主要原因。在松动风量、滑阀压降、反应温度等参数优化的基础上,建立了三者相互关联的立管操作控制图,提出了最佳松动风流量的概念,保障装置平稳运行。     

方箱炉集合风道流量分配优化设计研究

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对方箱炉不同结构集合风道内空气流动过程进行了数值模拟研究。计算得到了风道内流场、压力场及支风道出口流量分布的详细信息,揭示了集合风道截面变化对支风道流量分配的影响规律。计算结果表明:方箱炉集合风道采用变斜率变截面方式有利于支风道流量分配均匀,且应始端到末端斜率逐渐减小。     

旋流雾化喷嘴内气液两相流动的特性研究

采用试验和数值模拟相结合的方法,对旋流雾化喷嘴内部气液两相流动特性进行研究,揭示旋流雾化喷嘴内部的流动机理,有效预测其雾化特性。计算模型采用雷诺应力(RSM)湍流模型和欧拉-欧拉(Euler-Euler)两相流模型。结果表明,当气液体积比为600、气体流量小于25 m3/h时,模拟计算结果与试验数据吻合较好。在喷口内部,由于流通截面的减小,二甘醇的切向速度迅速增大,在喉部区域达到峰值,流经喉部后,由于流通面积的增加,切向速度呈减小趋势。随着气体流量的增加,二甘醇的射程越来越远,当气体流量分别为15,20,30 m3/h时,二甘醇的分配不均匀度分别为27.94%,26.05%,33.42%,呈现先减小后增大的趋势。     

填料塔液体分布的研究

在300和600毫米直径的塔中,分别填充25~#及40~# Iatalox 填料,以空气-水为介质,采用三种结构型式的液体分布器,改变六种填料高度,在点源及均匀喷淋条件下,研究了分布器结构、填料及填料高度、液体喷淋量和气体流率对塔中液体分布以及壁流的影响,探讨了液体的分布规律。所得结论对工业填料塔设计具有实际参考价值。     

两种循环流化床预提升结构的对比分析

在循环流化床上考察了两种不同预提升结构对系统循环量的影响,并且从宏观和微观两方面对提升管内气固流动行为进行了比较分析。结果表明:立管结构提升管和莲蓬头结构提升管颗粒循环量存在明显的差别,立管结构提升管中颗粒流通截面积增加,进口阻力减少,系统循环量整体上高于莲蓬头结构,而且这种循环量差异在伴床高供料强度下更加明显;由于莲蓬头进口结构的强约束作用,相同操作条件下其底部颗粒浓度高于立管结构;在提升管底部区域,莲蓬头结构提升管中径向不均匀指数以及间歇性指数均高于立管结构,说明采用莲蓬头式分布器导致局部颗粒湍动剧烈的同时,气体与颗粒以及颗粒之间的作用力分布也更不均匀;瞬时颗粒浓度信号分析及概率密度分布结果表明,虽然底部采用莲蓬头式分布器可在一定程度上缓解过渡区气固分离现象,但整体不均匀流动结构并未发生根本的变化。     

变压吸附流体力学模拟

通过流体力学方法对变压吸附(PSA)系统进行模拟与优化。采用一维瞬态流体力学建立了PSA均压过程的理论模型,对PSA均压过程进行了模拟研究,得出均压时间随均压管道直径、吸附塔的体积、气体的组分等因素的变化关系,为均压管道的计算提供理论依据;采用计算流体力学对气体分布器的流场进行了模拟研究,并根据流场的特点开发了新型气体分布器,且计算结果显示流场分布较好;另外,对程控阀的流道进行了模拟研究,并根据模拟结果对流道进行了优化,结果显示,优化后的流道克服了原流道的弊端。     

分布器型式对组合式气固环流反应器流体力学特性的影响

针对催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在组合式气固环流反应器大型冷模实验装置上,研究分布器型式对环流反应器流体力学特性的影响。结果表明,在分布器上方0.50 m高度范围内分布器型式的影响较为明显,经过分布器的气体和颗粒对环流反应器内颗粒（团）的作用范围为：采用凹形球面板时主要作用于凹面上方中心区域,采用平面直孔板时主要作用于分布器上方投影区域,采用凸形球面板时主要作用于凸面上方及周围临近区域,受此影响的区域固含率较低,颗粒速度较高;采用三种分布器时,颗粒环流速度从大到小的顺序为平面直孔板＞凹形球面板＞凸形球面板,固含率的径向分布均匀性从好到差的顺序为凸形球面板＞平面直孔板＞凹形球面板。综合流场均匀性及环流速度调节范围,平面直孔板分布器型式更适用于组合式气固环流反应器。     

流化床气体分布板结构对流化特性的影响

In the present paper, the experimental method and computational fluid dynamics (CFD) method were used to investigate the effect of gas distributors with different orifice size and orifice pitch on fluidization characteristics in gas-solid fluidized bed. The distributor pressure drop, bubble evolution, bed pressure drop and the distribution profile of solid volume fraction were investigated with using the four types of gas distributor plates. Euler- Euler two fluid model(TFM) approach based on the kinetic theory of granular flow (KTGF) and Standard k-epsilon turbulence model were employed in the numerical simulation with using ANSYS Fluent 15.0. The results showed that the orifice size and orifice pitch of gas distributor plate have the significant influence on the flow characteristics in gas-solid fluidized bed. With decreasing orifice size and orifice pitch of gas distributor plates under the same opening area, the distributor pressure drop, the initial bubble size and height of dead zone just above distributor was decreased, and the bed pressure drop was more increased than that of the larger orifice size and orifice pitch of distributors, the distribution of solid volume fraction was also more homogeneous for the small orifice size.     

上流式反应器中气体分散性能的研究

在上流式反应器冷模实验装置中,以带圆柱形上升管的多孔板气液分布器为对象,考察了表观气速、轴向高度、上升管直径、固体颗粒形状对气含率分布的影响。结果表明,该气液分布器产生的初始气泡尺寸较大,多为毫米级气泡;气速越大,轴向位置越高,局部气含率的径向分布越不均匀;上升管直径为26 mm的气液分布器的气体分散性能优于上升管直径为48 mm的气液分布器;球形、齿球形和三叶草形固体颗粒对气泡有破碎作用,且三叶草形固体颗粒破碎效果优于球形固体颗粒,使用三叶草均形固体颗粒的填料层上方气含率分布偏差最小。     

搅拌式环己酮氧化反应器的CFD分析

采用CFD数值模拟技术,基于RNG k-ε方程和欧拉多相流模型,对环己烷氧化生产环己酮装置中的搅拌鼓泡式氧化反应器进行了全尺寸的数值模拟,研究了液体进料位置、空气分布器结构,对反应器内部流动状况、气体分布和温度分布的影响.结果表明,原反应器设计存在液体入口堰位置偏高、冷烷进料位置不佳、空气分布器结构不甚合理及搅拌效果不良的问题.根据研究结果对反应器整改后,反应效果显著改善,较开车初期单耗降低100～130 kg/t.     

气体分布器对浆态床环流反应器内流体流动特性影响的研究

基于一种浆态床环流反应器冷模试验装置,采用3种不同的气体分布器,考察了分布器结构对环流反应器流体力学特性的影响,为费托合成浆态床反应器及其内构件的设计和放大提供依据。试验结果表明:金属烧结板气体分布器的分布均匀性最好,但容易堵塞,不能满足长期稳定运行的要求。通过对不同开孔方向的两种双环管分布器进行比较,发现开孔向下时,总平均气含率高、气/液(浆)相界比表面积大,更适合应用于浆态床环流反应器。     

新型抽吸型气-液分流式分布器的性能

开发了一种新型气 液分流式分布器,采用冷模实验装置考察了气体操作线速度和液体线速度分别在0~619 cm/s和018~044 cm/s范围时分布器安装高度差对液体分布的影响,并与工业上使用的泡罩式分布器对比。结果表明,由于气 液经由独立的通道,有着恒定的流通面积,气 液分流式分布器对塔板倾斜的敏感度较低,且随气速的增大不断减小;当气体线速度超过3 cm/s、气/液流量比大于10时,该分布器分布不均匀度可降至10%,接近均匀分布。采用计算流体力学软件模拟了单个分布器抽吸过程,得到各相体积分数和速度分布等值线等流场结构。