扩径段参数对变径提升管内气固流动的影响

在内径20mm、高3m的提升管冷模装置上对变径结构提升管内部固体颗粒分布情况进行了研究。实验结果表明,提升管扩径段的底部锥角主要对扩径段下部的催化剂浓度和颗粒返混产生影响,60°左右的底部锥角可以减小催化剂的返混,达到较高的固含率,并控制合适的停留时间。选择较小的顶部锥角既可以减小因近边壁处与顶部锥角直接碰撞而发生滑落造成的催化剂返混,又可以实现缩径段催化剂的短停留时间。相对其它角度,60°的顶部锥角可以得到较为均匀的催化剂径向分布。扩径段的高度对扩径段内固含率的影响较为显著。当扩径段高度日与扩径段的直径D之比值在8左右时,既能实现300～400kg／m^3左右的催化剂密度,又能减小返混。     

新型变径提升管冷模实验研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在新型变径提升管冷模实验装置上考察了不同的操作条件对固体循环量及颗粒浓度轴径向分布的影响,并描述了扩径段内的流动结构。结果表明：固体循环量随着表观气速的增大而增大,随着伴床料位高度的增加而增大,且在改变进气比例时,循环量随着预提升气占比的增加而增大;与传统提升管相比,该新型结构提升管内部存在多种流型且扩径段内固含率有明显增加,底部扩径段内为密相湍流形态,固含率为0.3~0.4,上部等径段为稀相气力输送形态,固含率无明显变化,为0.05~0.1。新型变径提升管对斜管下来的催化剂起到了重新分配的作用,抑制了传统的“环-核”流动,使颗粒浓度径向分布更加均匀。     

变径提升管反应器扩径段内固含率分布研究

以催化裂化平衡催化剂为固体介质，空气为流化介质，在变径提升管流态化实验装置上，考察了扩径段内固含率的轴径向分布情况及操作条件的影响，并对瞬时固含率信号进行了概率密度分析。结果表明，变径提升管内截面平均固含率沿轴向大致呈S形分布，扩径段固含率高于等径提升管底部；扩径段径向固含率呈中心稀、边壁浓的不均匀分布，相对于等径提升管底部，径向不均匀程度得到有效改善；截面平均固含率及各径向位置固含率均随颗粒循环速率的提高和表观气速的降低而增大。扩径段各径向位置瞬时固含率信号波动强度大，频率高，概率密度分布均匀，有利于强化气固混合并改善两相间接触情况。     

组合气-固环流床与常规气-固环流床流动特性的比较

针对石油炼制装备中所涉及的组合气-固环流床和常规气-固环流床,通过大型冷模实验对二者整体流动特性和局部流动特性进行了对比研究。结果表明：在导流筒区表观气速、环隙区表观气速和床层内颗粒静床高度相同的条件下,组合气-固环流床和常规气-固环流床的导流筒区整体平均固含率、环隙区整体平均固含率及两区整体平均固含率差差别较小,组合气-固环流床内的颗粒环流速度较大。在床层各区域局部流动特性上,在分布器区和导流筒区下部,组合气-固环流床的局部固含率和颗粒速度均较大;在导流筒区中部,二者的局部固含率和颗粒速度均差别较小;在导流筒区上部和气固分离区,组合气-固环流床的局部固含率较小,颗粒速度较大;在环隙区,二者的局部固含率差别较小,而组合气-固环流床的颗粒速度较小。     

变径提升管内颗粒流动特性的研究

采用提升管冷模实验装置,对40mm/20mm和24mm/12mm两种变径提升管和一种20mm单一直径提升管内的颗粒流动特性进行实验。考察了颗粒循环速率(Gs)和气速对变径提升管平均固含率(εs)和截面平均颗粒速度(Up)的影响。实验结果表明,采用变径提升管可改变固含率(εs)和Up分布;40mm/20mm变径提升管扩径段εs保持在0.1～0.3之间;提高Gs或降低气速,截面径向各点的εs都增大。提高Gs会导致Up增大。增大气速对扩径段Up的影响不明显,但会明显提高缩径段的Up。40mm/20mm提升管扩径段εs达到0.20以上,比24mm/12mm提升管扩径段的εs提高30%。相同气速和Gs下,40mm/20mm提升管扩径段底部的εs达到0.25,是20mm提升管的2～3倍。     

变径提升管反应器扩径段内气固流动特性研究

在变径提升管冷模装置上,以空气和催化裂化平衡剂为介质,考察了颗粒浓度的轴径向分布情况,并对扩径段内的微观流动特性进行了分析。结果表明,变径提升管内颗粒浓度整体上呈“上稀下浓”的分布形式,且沿轴向高度径向不均匀指数逐渐减小。与传统提升管底部相比,扩径段内颗粒浓度及间歇性指数显著增大,且沿径向分布更均匀,说明气固作用力显著增强,并且气固微观流动行为沿径向变化梯度减小。气固微观流动行为受反应器结构影响显著,变径提升管扩径段内气固流动行为类似湍流床,颗粒浓度波动幅度大,频率高,稀相和浓相分布相对均匀,有利于强化气固两相的接触及混合过程。     

逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布

优化现有的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段结构,将进料喷嘴倾斜向下与内径变化相耦合。通过大型冷模实验装置,考察了在逆流变径耦合催化裂化提升管进料段不同轴向高度,固含率和颗粒速度的径向分布及操作条件对其产生的影响,并分别与前人所用的同径结构内的分布结果进行比较。结果表明,与对应的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段同径结构相比,变径结构进料段内,射流控制区域范围约缩短45.2%,且变径结构进料段内局部固含率分布更加均匀,有利于油、剂两相均匀混合。在实验操作范围内,提高预提升气速和适当提高进料喷嘴气速可使催化剂颗粒在径向分布更加均匀。     

多层进气提升管扩径预提升段流动特性研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在多层进气底部扩径提升管冷模实验装置上,考察了不同操作条件对预提升段内颗粒浓度轴径向分布、概率密度分布及气固接触效率的影响,结果表明：对比预提升段不同轴向区域气固流动特性可以发现,在底部入口区和上部缩颈区,流动行为受气体影响较大,颗粒浓度、径向分布均匀性及气固接触效率降低,中部发展区气固接触效率较高,颗粒浓度的分布效果较好。同时与传统等径预提升结构相比,扩径预提升段内气固流动行为类似于湍动床,颗粒浓度显著提高,径向颗粒浓度分布的均匀性得到明显改善,气固分离现象得到有效抑制,气固湍动剧烈,接触效率高,有利于强化气固两相的接触和混合过程。     

预提升对循环流化床反应器中气固流动特性的影响

以催化裂化平衡剂为固体介质、常温空气作为流化气体,在循环流化床冷态模拟试验装置上分别考察了表观气速、颗粒贮量、下料蝶阀开度、预提升气量等操作条件对循环流化床反应器催化剂循环速率的影响,并探讨了产生这种影响的原因;同时,深入研究了预提升出口位置对系统内催化剂循环速率、提升管底部轴向、径向颗粒浓度分布的影响,并描述了气固两相交汇点处的微观流动结构。结果表明:随着操作气速的升高,气、固相之间的相互作用增强,颗粒循环速率提高;伴床及蝶阀通过提供足够的压力支持提升管内的两相流动,增加颗粒贮量或减小蝶阀压降可有效提高颗粒循环量;通入预提升气可增大颗粒向前运动的推动力,避免颗粒发生坍落而沉积于床层底部;当伴床向提升管提供足够的颗粒循环速率时,预提升出口位置的提高破坏了颗粒的向下流动,迫使颗粒进入中心快速向上的气固流动区,从而改变气、固相交汇点处的流动结构;另外,不同预提升结构对颗粒浓度的影响有限,并未从根本上改变轴向、径向颗粒浓度的分布规律。     

抗滑落提升管反应器流体力学性能的研究

针对传统提升管内固体催化剂颗粒的轴向返混现象 ,提出了一种抗滑落提升管反应器的结构形式 ,试验测量了提升管反应器气固两相流动特性、空隙率分布及固体颗粒速度径向分布。结果表明 ,抗滑落提升管反应器结构具有一定减弱固体催化剂轴向滑落的效果 ,抗滑落提升管预提升段固体颗粒浓度呈中心浓边壁稀分布 ,且催化剂颗粒速度径向分布较平缓 ,中心区域与边壁区速度之比约为 2～ 3倍。     

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。     

鼓泡床与环流反应器流动特性的比较

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNGk-ε湍流模型对重油悬浮床加氢反应器流动特性进行数值模拟,分别模拟了一种鼓泡床反应器和两种不同导流筒直径的环流反应器,考察了重油-氢气实际体系在不同反应器内气含率和轴向液速的异同。结果表明,悬浮床反应器在操作条件下均形成液相循环流动;导流筒能够规整环流反应器内的流动,增大上升区和下降区的流速,增强混合,同时提高下降区的气含率,从而提高反应器内的整体气含率。通过比较说明,在使用喷嘴进料时,悬浮床加氢工艺选择环流反应器时流动特性更佳。     

16m高提升管中FCC颗粒固含率的研究

研究了 16m高循环床提升管中FCC颗粒固含率及其轴向分布 ,并与相同条件下 6m高提升管中固含率及其轴向分布进行了对比分析。结果表明 ,提升管高度对固含率及其轴向分布具有显著影响。提升管高度增加 ,提升管各高度截面上的平均固含率减小 ,其轴向分布也更加均匀。提升管下部浓相段和上部稀相段的固含率随操作条件的变化规律明显不同。在提升管稀相段截面上 ,固含率随颗粒循环量的提高呈线性增加 ,随表观气速的增加平缓下降 ;但在提升管浓相段 ,由于颗粒间相互作用较强 ,固含率随操作条件的变化更为显著。     

Fluidization characteristics of different sizes of quartz particles in the fluidized bed

Fluidization characteristics of quartz particles with different sizes are experimentally investigated in a fluidized bed with an inner diameter of 300 mm and height of 8250 mm. Results show that the average solid holdup increases with the increase in superficial gas velocity and the decrease in initial solid holdup in the dense zone of the fluidized bed. The average cross-sectional solid holdup decreases with increasing bed height and superficial gas velocity. The bed expansion coefficient increases with the increase in superficial gas velocity and the decrease in solid holdup. Correlations of average solid holdup, average cross-sectional solid holdup and bed expansion coefficient are also established and discussed. These correlations can provide guidelines for better understanding of the fluidization characteristics.     

进气喷嘴位置对循环流化床反应器循环量的影响

在高10.6m、内径100mm的循环流化床冷态模拟实验装置上研究了底部预提升气以及喷嘴进气量对循环流化床反应器循环量的影响,对比了3种不同喷嘴位置结构下系统循环量的变化情况以及提升管底部和喷嘴附近气固流动行为的差异,描述了预提升段内气体分布及流动结构。结果表明:预提升气和喷嘴进气是颗粒向上输送的重要推动力,随着喷嘴进气口高度的提高,预提升气对颗粒循环速率的作用效果愈加明显;对于喷嘴进气口位置最低的结构,其系统循环量、喷嘴附近颗粒浓度以及气固接触状况均优于其它结构;在提升管底部,气体多次形成逆流接触,内循环流动和局部涡流作用有效促进了颗粒沿径向混合,有利于颗粒循环量的提高。     

新型MTO反应器环隙下料管内的压力特性

在高约12.7 m的新型MTO耦合反应器冷态实验装置上,在不同操作气速下,研究了上部环隙下料管4个截面位置及出料口下1个截面位置上的压力特性和平均固含率。通过对上述5个截面上压力脉动曲线及其标准偏差分析,发现截面1处压力脉动在低气速条件下较平稳,在高气速条件下较强烈,截面2和截面3处压力脉动最平稳,而截面4和截面5处压力脉动最剧烈;当下部环流反应器环隙区操作气速(Uga)一定时,随着导流筒区操作气速(Ugd)的增大,各截面平均压力值均不断增加,由截面3至截面1,颗粒呈现顺重力场负压差流动;当环隙区操作气速Uga=0.3 m/s时,随着导流筒区操作气速(Ugd)的增大,各截面平均固含率均不断增大,在相同操作条件下,各截面上平均固含率差别较小,颗粒流动较平稳。