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。     

催化裂化提升管进料段的优化

通过分析冷模实验的结果,并结合催化裂化提升管的实际操作情况,揭示了催化裂化提升管进料混合段内存在的问题:由于射流二次流的产生,在进料段内局部区域催化剂颗粒相返混严重并且油剂两相浓度分布并不匹配——在油相浓度高(低)的位置,剂相浓度却较低(高)。并介绍了一种能够有效地利用和控制二次流的CS型雾化喷嘴,工业应用的结果表明CS喷嘴对提升管内油、剂两相流动、混合状况有明显地改善,可有效地提高液收、降低结焦。     

提升管与流化床耦合反应器内固含率的轴向分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺，结合提升管与流化床的特点，建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置。在不同操作条件下，采用多点压力密度仪测定了提升管内轴向压力梯度及截面平均固含率沿轴向的分布规律。结果表明，提升管内固含率的轴向分布呈上下两端大、中间小的C型分布特征，颗粒在提升管内沿轴向的运动可分为颗粒加速区、充分发展区和颗粒约束返混区；提升管内截面平均固含率随颗粒循环强度的增大而增大，随表观气速的增大而减小，提升管出口的流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区固含率有影响，而对颗粒约束返混区长度及颗粒约束返混区以下区域固含率影响较小。利用实验数据回归出了提升管内截面平均固含率的轴向分布及颗粒约束返混区最大颗粒返混比的经验模型，其计算值与实验值吻合较好。     

催化裂化提升管原料油进料喷嘴位置的确定

在内径186ram、高14m的催化裂化提升管冷模实验装置上对提升管预提升段颗粒速度、空隙率、滑落系数等流动参数进行了详细的测试。根据气固两相的流动特征，提升管预提升段可以划分为底部的空隙率梯度缓慢变化区，中部的空隙率梯度剧变区以及顶部空隙率梯度恒定区。证明了原料油喷嘴最适合的安装位置应在空隙率梯度剧变区内，并给出了空隙率梯度剧变区高度的计算方法。     

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。     

催化裂化提升管反应器喷嘴进料混合段新结构及其流场研究

针对催化裂化提升管反应器喷嘴进料混合段催化剂颗粒不均匀分布的现象，提出了一种新型结构的进料混合段，并在内径为186mm，高14m的大型提升管冷模装置上测量了在这种结构中的颗粒速度及空隙率径向分布的特征，并同传统进料混合结构进行了对比。实验结果表明，采用这种结构时颗粒速度径向分布较平缓；固体颗粒浓度分布虽仍呈现中心稀、边壁浓的环核结构，但环核之间的浓度梯度减小，浓环的范围也减小很多，颗粒相的流场得到了较大改善。     

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。     

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。     

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。     

FCC环管进料喷嘴对提升管中气固流动结构的影响

在循环流化床冷模实验装置上对安装2种环管喷嘴提升管的气固流动结构进行研究,根据气体和颗粒的分布情况,计算了使用2种喷嘴情况下的提升管相对气固接触效率(RCE)和截面平均气固接触效率(CCE),并进行了比较。结果表明:使用喷嘴B时,提升管的颗粒浓度、气固接触效率均优于使用喷嘴A时,但随着提升管高度的增加,使用2种喷嘴时的情况趋于一致。     

FCC提升管内粒径分布对颗粒混合行为的影响

采用磷光颗粒示踪技术对一种宽筛分颗粒 (粒径小于 2 0 μm细颗粒的体积分数为 2 4 5 % )与一种常规的催化裂化催化剂的轴径向混合行为进行了对比研究。与常规颗粒相比 ,宽筛分颗粒体系的轴向返混略有减弱 ,而其径向混合能力大大降低 ,这与宽筛分颗粒体系中细颗粒的团聚有很大关系。在FCC提升管中 ,催化剂中细颗粒含量增加 ,必将减弱颗粒的径向混合能力进而降低径向上的传质、传热能力 ,对反应极为不利。粒径分布对于提升管反应器非常重要 ,应引起足够的重视。     

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。     

提升管加床层反应器提升管段下行颗粒的分布及其对流动的影响

 在提升管加床层大型冷态实验装置上,采用PV-4A光纤速度仪测量了提升管段颗粒流动状况,考察了下行颗粒分布及其对流动的影响。结果表明,沿提升管轴向向上,在中下部的加速区和充分发展区,下行颗粒主要分布在无量纲半径r/R≥0.90的近壁区,下行颗粒分率主要受固/气比影响,大固/气比时的截面平均下行颗粒分率大于小固/气比时的截面平均下行颗粒分率;在出口约束区,下行颗粒主要分布区域扩大为r/R≥0.70,下行颗粒分率增加,且主要受出口约束阻力影响,随出口约束阻力增加而增大。从径向看,下行颗粒主要影响近壁区的颗粒速度,考虑下行颗粒影响后,充分发展区的截面平均颗粒速度约为未考虑时的0.8倍,在约束区和加速区较0.8倍略有增大。通过对实验数据的分析,得到了提升管段局部和截面平均颗粒速度在考虑下行颗粒前后的定量换算关联式。     

GLS-MALR中的气含率和循环液速

 在1个四流道的气-液-固三相多室气升式环流反应器（MALR）中,以空气-水-K 树脂为体系,考察了气体表观速率、固体装载量对气含率和循环液速的影响。结果表明,上升室的气含率随着该室气体表观速率的增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率的增加而略有降低;下降室的气含率随着该室气体表观速率的增大而略有增加;上升室和下降室的气含率均随固体装载量的增加而降低;循环液速随着上升室气体表观速率的增加而增加,而随着固体装载量的增加而降低。在鼓泡流下,用关联式法建立了上升室的气含率模型;根据动量平衡原理建立了循环液速模型。气含率和循环液速的计算值和实验值的平均相对误差分别为±5.755%和±9.362%。     

导流筒直径对气升式环流反应器流动的影响和放大研究

使用欧拉 欧拉双流体模型考察了重油 氢气体系在温度70315 K和压力11 MPa下,导流筒直径对气升式环流反应器内气、液两相流动的影响和放大规律,为悬浮床工业装置提供理论指导。模拟结果表明,导流筒直径过大或者过小都会造成气含率和环流液速最大值沿径向出现一定偏移。当导流筒直径与反应器外筒直径之比(Di/Do)为070时,反应器内流动性能达到最佳。反应器体积较小时,Di/Do对反应器内流动改变不大;在放大过程中,整体气含率随着Di/Do增加先增加后趋于稳定,整体环流液速先增加后减小。对体积为2303 m3的环流反应器来说,Di/Do为075时流动性能较好;当反应器体积进一步放大至10942 m3和20842 m3时,流动特性在Di/Do为070时更好;放大过程中Di/Do最优区间出现一定的“左移”现象。     

基于格子Boltzmann方法颗粒团聚物曳力系数的数值模拟及应用研究

应用气固两相流动的格子Boltzmann-离散颗粒运动模型,气体流动采用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,固体颗粒运动采用牛顿第二运动定律计算,壁面采用具有二阶计算精度的半步长反弹边界条件,数值模拟了循环流化床提升管内颗粒团聚物的运动过程。模拟结果表明,颗粒团聚物的气固相间曳力系数随颗粒团聚物的空隙率和雷诺数的增大而减小;拟合得到基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型;采用基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型的欧拉-欧拉双流体模型模拟循环流化床提升管内颗粒相密度和颗粒质量流量径向分布,模拟结果与实验结果很接近。     

小晶粒ZSM-5的表征、磷改性及其在多产丙烯FCC催化剂中的应用

ZSM 5是催化裂化催化剂中的重要组分,对于增加丙烯产率有显著作用。采用XRD、SEM和粒度分析(SDP) 表征了常规(大晶粒)和小晶粒2种ZSM 5分子筛。对这2种ZSM 5分子筛进行磷改性,并对它们进行水洗实验,考察改性元素流失情况。以上述2种磷改性ZSM 5分子筛制备FCC催化剂,采用磨损指数、固定流化床装置(FFB)等方法评价催化剂催化性能。结果表明,小晶粒ZSM 5分子筛与常规ZSM 5分子筛相比,相对结晶度高,平均粒度显著小,颗粒分散均匀,条状物少。对小晶粒ZSM 5分子筛进行磷改性,可以减少改性元素的流失,进而大幅提高催化剂活性稳定性;磷改性小晶粒ZSM 5分子筛在800℃下水热处理17 h,结晶度保留率达到976%。采用磷改性小晶粒ZSM 5分子筛制备FCC催化剂,可以大大降低催化剂的磨损指数,同时增加对丙烯的选择性,提高丙烯产率。工业应用表明,丙烯产率可以提高074百分点。