油剂逆流接触提升管进料段固含率及颗粒速度的径向分布

在一套大型冷模实验装置中,考察了喷嘴射流与催化剂逆向接触的提升管进料段固含率和颗粒速度沿径向的分布及其对操作条件的影响,并与传统提升管进料段结构进行对比. 结果表明,沿轴向由下至上可将该新型结构的进料段分为喷嘴上游过渡区(H=-0.675~-0.375 m)、喷嘴射流控制区(H=-0.375~0.375 m)及喷嘴下游过渡区(H=0.375~0.675 m). 与传统形式相比,新型结构可使进料喷嘴安装截面以上射流影响区的高度明显缩短,喷嘴截面以下影响区域范围增大;油剂初始接触区域内催化剂沿径向的分布更均匀. 根据实验结果,得到新型进料段中射流控制区内典型截面固含率径向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

催化裂化提升管进料混合段研究进展

催化裂化是炼油工业中重要的二次加工过程,提升管反应器是催化裂化装置的核心部分,其中的进料混合段是原料油与催化剂的初始接触阶段,该区域油、剂间的接触与混合效果将对裂化反应的产品分布产生直接影响。在传统的提升管进料段结构中,存在着催化剂分布不均匀、颗粒返混严重等问题,不利于实现油、剂间快速而均匀的混合与反应。针对提升管进料混合段内存在的缺点与不足,国内外研究者提出了诸多改进方法,其中改变进气方式、增加内构件、提升管变径等方案的效果较为显著。     

原料射流对提升管内压降特性的影响

通过大型冷模实验，采集了不同原料射流形式的提升管内总压降及预提升段、进料混合及充分发展段压降的动态数据，对比了斜向上射流和斜向下射流存在时提升管内各区域的压降特征，分析了不同操作条件的影响。结果表明，相同操作条件下，射流与多相流逆流接触提升管总压降及各部分压降大于射流与多相流并流接触提升管总压降及各部分压降。其他操作条件一定时，不同射流与多相流接触方式提升管总压降及各部分压降均随预提升气速增大而减小，随颗粒循环强度增加而增大。当射流速度增大时，射流与多相流并流接触提升管内总压降及各部分压降变化不明显；射流与多相流逆流接触提升管内预提升段压降有所增大，进料混合及充分发展段压降、提升管总压降显著增加。结合传统提升管压降模型及因次分析，建立了射流与多相流并流和射流与多相流逆流接触两种形式提升管内的进料混合及充分发展区压降模型，可供工程设计参考。     

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。     

新型催化裂化提升管进料段内原料射流浓度分布的大型冷模实验研究

通过大型冷模实验研究了喷嘴射流与催化剂逆向接触的新型提升管进料段内喷嘴射流浓度沿径向的分布,考察了喷嘴气速、预提升气速的影响. 结果表明,喷嘴气速Uj=78.5 m/s和预提升气速Ur=4.1 m/s条件下可获得较好的油剂混合效果. 与传统形式相比,新型结构可促进油剂混合,在轴向距离H<0.7 m内完成油剂混合,油剂初始接触区域内喷嘴射流相浓度分布更均匀. 给出了新型进料段中不同区域喷嘴射流浓度沿径向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

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。     

喷嘴射流在气固提升管内的扩散和混合行为

为获得不同形式射流在提升管内的扩散特征和气固混合行为，利用气体示踪技术，在大型提升管冷模实验装置中考察向上和向下倾斜两种射流的影响。通过引入射流特征浓度获得射流相在提升管内的分布特征，通过计算停留时间方差获得提升管内射流的局部停留时间分布特征，根据停留时间方差与操作条件及轴向高度的拟合结果计算射流影响区高度。结果表明，斜向下的射流进入提升管后沿径向分布更均匀，且可使混合流体在较短的距离内实现由近似“全混流”到近似“平推流”的过渡，与斜向上的射流相比，向下倾斜的射流可缩短射流混合区高度约50%。     

催化裂化提升管进料段喷嘴射流运动-扩散特性的分析

针对催化裂化提升管反应器进料混合区域内的复杂流场，提出将连续喷嘴进料射流“分块”，利用动量守恒定律，从介观角度分析喷嘴射流与催化剂颗粒之间的混合接触机理；解释了“二次流”从射流主流分离出来的原因。利用空气动力学中的Kutta-Joukowski升力理论，阐明了在提升管内喷嘴射流二次流动后期的发展和扩大过程，实现了对进料射流二次流动全周期演变过程的理论描述。结合附壁射流理论与Kutta-Joukowski升力理论，建立了用于描述提升管内射流二次流动中心流线的模型方程。与实验结果对比，模型曲线与实验中二次流发展趋势有着较高的吻合度，表明该模型能够用于预测提升管内二次流的流动特性。     

催化裂化提升管进料区新型助流剂技术的CFD模拟

为改善提升管进料区气固两相混合状况、消除二次流对近壁面处返混的影响,提出了一种新型助流剂技术。该技术在边壁处形成一层助流剂“保护层”,可阻止进料射流与催化剂在边壁处过长接触。通过三维CFD模拟对比了3种助流方式（逆流式、顺流式、交叉式）对传统进料区催化剂与进料混合和边壁返混的改进效果,并对最佳方式下助流剂量做进一步的优化。结果表明,逆流式助流方式最理想,交叉式助流方式最差。合适的逆流式助流方式（如助流剂注入量为进料相总流率的15%时）可改善进料区催化剂与进料相混合,抑制二次流扩张,明显减弱近边壁处（|r/R|>0.9）返混强度。     

提升管进料射流对气固两相流动混合的影响

为改善提升管进料区气固两相不均匀混合状况,针对一套大型冷模实验装置的提升管,结合实验和三维数值模拟,研究了提升管进料区催化剂和进料相不均匀混合的形成机理,考察了操作参数的影响,基于不均匀混合形成机理提出了一种新进料方式. 结果表明,传统斜向上进料方式导致进料区催化剂和进料相不均匀混合,合适的操作参数[颗粒循环速率Gs?80 kg/(m2?s),表观气速Ug?3.28 m/s,进料速度Ujet?62.5 m/s]可改善不均匀分布,将不均匀混合高度范围缩短约一半,但不均匀混合仍存在;新进料方式可实现快速均匀混合,尤其是向下30o进料方式.