催化裂化沉降器旋流快分系统分离性能的实验研究与数值模拟

 在FCC沉降器的实验装置上,研究了不同入口处颗粒浓度下旋流快分系统（VQS）分离性能,着重分析入口颗粒浓度对VQS系统内分离效率与压降的影响规律。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,VQS系统的分离效率随之增加,而压降随之减小。采用Fluent软件对VQS系统内气、固两相流进行了数值模拟,并由此估算了不同入口颗粒浓度下VQS系统的压降、颗粒分级分离效率以及总分离效率,计算结果与实验结果吻合情况较好。入口颗粒浓度越高,气相被颗粒相消耗的能量越多,切向速度衰减越明显,从而导致系统压降的降低。同时,入口颗粒浓度的增加导致单位体积内颗粒质量流率增加,重力沉降作用增大,故上行流轴向速度减小,下行流轴向速度增加,有利于颗粒下行分离。此外,颗粒相的存在可有效抑制湍流,降低系统内的湍流强度,这有利于改善颗粒返混,提高系统对中细颗粒的捕集能力,从而提高系统的分离效率。     

催化裂化提升管出口旋流快分系统内隔流筒结构的优化改进

 研究表明, 旋流快分系统(VQS)内旋流头上骑插筒形隔流筒(A型)后, 可消除其喷出口处短路流夹带颗粒的现象, 大大提高系统的分离效率. 但A型隔流筒底部还存在另一种短路流现象, 结构尚需进一步优化, 为此, 开发了折边隔流筒(B型)和锥型隔流筒(C型). 采用Fluent软件对VQS系统内气-固两相流进行了数值模拟, 重点考察了A、B、C型隔流筒的流场分布和分离效率. 模拟结果表明, C型隔流筒子的分离段外侧切向速度较大, 离心力较强; 内侧上行轴向速度较小, 气体向上夹带细粉的速度较低; 底部截面处向心径向速度较小, 基本为零, 有利于消除短路流. 因此, 工业应用中推荐采用C型隔流筒, 以进一步提高系统的分离效率.     

重油催化裂化装置催化剂跑损原因及处理

0．8Mt／a重油催化裂化装置沉降器改造采用了新型旋流式快速分离系统(VQS)，2000年出现了沉降器系统催化剂大量跑损的问题，油浆固体含量高达234g／L。对平衡催化剂筛分组成、再生烟气粉尘含量、沉降器VQS效率计算、工艺操作参数等进行分析后，采用了提高沉降器料位，用料封代替旋分器翼阀翼板的密封作用的方法，解决了沉降器VQS催化剂跑损的问题。     

催化裂化装置四旋分离系统内气相流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对两种催化裂化装置四旋分离系统内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了两种第四级旋风分离系统（简称四旋）内气相流场的特点。结果表明：在传统式结构中,储料罐内部分区域气流向上运动,不利于颗粒沉降,料腿内产生气流反窜现象,四旋内存在偏流,影响颗粒输送,结构设计不合理是导致颗粒堵塞的主要原因;改进式结构中,储料罐内气相速度很小,有利于颗粒沉降,料腿中周期性的二次涡影响颗粒的气力输送,可能对壁面产生磨损,四旋分离空间内流场稳定,有利于颗粒分离,改进式结构可以有效避免颗粒堵塞现象的发生。两种结构内部气相流场的对比为合理设计四旋分离系统结构提供了参考依据。     

旋流式快速分离系统在二催化装置上的应用

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油厂二催化装置采用提升管出口旋流式快速分离系统(VQS)后，缩短了裂化油气在沉降器的停留时间，使热转化率明显降低，有效抑制了氢转移反应和热裂化反应。解决了沉降器结焦的问题，提高了目的产品收率及催化汽油的辛烷值，保证了装置长周期安全运行。工业应用表明：VQS设计新颖、操作稳定可靠，具有气固分离效率高，防焦性能优良的特点。     

提升管反应器不同喷嘴角度的气固流动特性研究

在大型循环流化床冷态模拟试验装置上对喷嘴与提升管竖直方向的不同夹角进行了考察。对3种不同夹角结构下的颗粒浓度轴径向分布、瞬时颗粒浓度信号以及概率密度进行了分析研究，结果表明：在预提升段和输送段3种结构并无明显差别，颗粒浓度以及瞬时信号波动的差别主要集中在喷嘴上方附近区域；相比于传统等径提升管而言，变径提升管内床层固含率增加，颗粒浓度分布更加均匀，颗粒浓度梯度减小，有利于气固两相的混合与接触；在变径提升管内，随着喷嘴角度的增大，气体在整个截面上的扩散速度增加，径向分布更加均匀，气固分离现象得到了有效抑制，气固湍动剧烈，接触效率较高。     

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

 基于旋流快分系统（VQS）在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统（CVQS）。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋;采用紧凑式旋流快分系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统两种串联方案的分离性能,结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可更好地实现气、固两相的快速高效分离。     

基于MECST气固相间曳力模型的气体-颗粒团聚物流动特性的数值研究

由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化床提升管内气体-颗粒-颗粒团聚物的流动特性。考察了时均颗粒相密度和颗粒质量流率沿径向的分布;颗粒浓度、提升管压降沿轴向的分布以及颗粒团聚物在提升管内的分布特性。模拟结果表明,颗粒相密度、颗粒质量流率以及提升管压降与实验结果相吻合;与能量最小多尺度气固相间曳力模型的颗粒浓度和颗粒拟温度的结果相比,MECST气固相间曳力模型得到的颗粒浓度较低,从而使颗粒拟温度减小。     

大庆油田古龙页岩岩屑在幂律流体中的沉降阻力系数研究

大庆油田古龙页岩油开发大多采用长水平段水平井，但长水平段水平井钻井过程中，岩屑易在井筒内自由沉降而形成岩屑床，导致沉砂卡钻等井下故障，因此需要研究岩屑颗粒的沉降规律，优化钻井液性能及水力参数，确保井眼清洁。为此，利用可视化的试验装置和高速摄像机，系统记录了试验中颗粒在幂律流体中的沉降行为，获得了196组球形颗粒和224组不规则形状岩屑在幂律流体中自由沉降的试验数据。采用一种依赖于沉降颗粒受力平衡的力学模型对试验数据进行统计分析，建立了幂律流体中球形颗粒阻力系数预测模型。在此基础上，引入二维形状描述参数，建立了幂律流体中不规则形状岩屑阻力系数预测模型。该模型预测准确性较高，平均相对误差仅6.93%，能够满足钻井工程中预测岩屑沉降速度的需求。     

压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

 为了分析压力变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,利用Fluent6.1软件, 气相流场采用修正的雷诺应力模型, 颗粒相运动采用颗粒随机轨道模型, 对0.1~6.5Mpa压力下旋风分离器内气、固两相流流场进行了模拟。结果表明,在入口浓度一定条件下,随着压力的升高,器壁颗粒浓度渐呈螺旋状灰带分布,旋风分离器内旋流区域的颗粒浓度减小,旋风分离器分离能力增强。压力增加一方面使气体切向速度增加,颗粒所受离心力增加;另一方面,气体的湍流强度增大,颗粒的扩散作用增强。当压力超过3.0 MPa后,压力增加对切向速度影响不大,而颗粒扩散增加,旋风分离器内旋流区域颗粒浓度增加,对颗粒分离不利。旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素。旋风分离器粒级效率随压力的增加而增大,当压力超过3.0 MPa后,压力增加对粒级效率影响不大。     

催化裂化沉降器VQS系统内三维气体速度分布的改进

用智能型5孔探针对催化裂化沉降器内多臂式(A型)旋流快分系统封闭罩内的气体流场进行了测试，在此基础上，对旋流快分的结构进行了改进：在旋流头上插入了一个筒状物(B型)，并对其进行了流场测试。测试结果表明，B型的旋流头结构消除了旋流头喷出口的短路流，因而更有利于提高分离效率，但在筒状物的底部附近呈短路流现象，是下一步继续改进结构的重点。     

PSC型旋风管分离空间内颗粒浓度分布

采用等动采样方法对旋风管内的颗粒浓度分布进行了系统测量。根据实验结果可将旋风管的分离空间分为入口环形空间、柱形分离空间和排尘返混区 3部分。对旋风管分离空间内颗粒浓度分布的分析表明 ,在分离空间的不同区域 ,颗粒的分离机理也不同     

旋流快分系统（VQS）环形空间内气相流场的研究

采用激光多普勒测速仪（LDV）对旋流快分系统（VQS）内环形空间的气相流场进行研究。结果表明，VQS系统内环形空间的气相流场具有双涡特性，内外涡的分界点处存在最大的切向速度。由于流体与双侧壁面之间的摩擦造成能量损失和湍流能量耗散，导致最大切向速度不断衰减且位置沿轴向向下逐渐向提升管外壁移动，同时涡量传递造成外部的准自由涡区逐渐增大，内部的准强制涡区逐渐缩小。轴向速度沿径向呈明显的线性分布，下行轴向速度沿提升管外壁向封闭罩内壁的径向方向逐渐增大。轴向速度的径向梯度沿轴向向下逐渐变小，轴向速度分布也逐渐趋于水平直线状。整个环形空间内，切向、轴向相对湍流强度分布稳定，湍流脉动与扩散比较平缓，有利于气流稳定下行，避免纵向环流、涡旋死区的发生。     

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章建立了一种多参数计算压裂液在双重介质中滤失速度的模型。该模型不仅考虑了影响滤失量的多种实验参数(如滤饼实验压差、实验中压裂液的粘度、滤饼稳定前的滤失系数、稳定后的滤失系数等)，而且考虑了压裂液在实际地层中滤失的三个区域：即演饼区、侵入区和油藏区对滤失速度的影响，并推导了压裂液在油藏区为双重介质渗流机理控制下滤失速度方程。通过联立求解三个区域组成的滤失速度方程组，清楚的得到了压裂液在三个滤失区域的压力、滤失速度随时间的变化关系。对比分析了双重介质和均质油藏下各个滤失区域的压力变化、滤失速度的变化，为天然裂缝地层滤失速度的计算提供了理论依据。     

辽河冷家地区构造特征及油气分布规律

由于陈家逆断层（Ｆ７）的分隔,冷家地区形成了东、西两套构造与沉积特征明显不同的地质区域,导致了两者不同的油气藏类型、分布规律和成藏条件。本文从区域构造格架入手,系统研究了研究区的构造特征,划分出深层,中层,浅层和冷东四套断裂系统,建立了Ｆ７东西两侧的油气分布模式,并总结出８种油气成藏机理。