对撞流反应器甲醇合成实验研究

液相法甲醇合成由于有惰性液体介质的存在,气液相间传质对反应起到了一定的阻碍作用,对撞流反应器使用喷嘴将催化剂浆料雾化从而强化了气液相间传质。文中在对撞流反应器内对甲醇合成温度、合成气比例、气流量、浆料循环量以及喷嘴个数进行了考察,结果表明,温度控制在230℃左右操作比较适宜,二氧化碳参与反应对甲醇合成较为有利,合成气流量在22.4 L/min以后时空产率几乎不再增加,增加浆料循环量和采用对置式二喷嘴或四喷嘴比单喷嘴时空产率和出口甲醇体积分数都有所增加。由结果可知,利用喷嘴雾化和液体对撞可以显著地增强气液传质从而达到增加液相甲醇合成时空产率的目的。     

撞击流气液吸收特性及用于甲醇合成应用研究

在二氧化碳.水系统中,采用了压力式喷嘴对撞击流吸收特性进行了研究,结果表明压力式喷嘴压差增大和液体流量增加都能增加气液吸收速率,同时利用增强因子证明了撞击流能够有效地起到增强气液相间吸收速率的作用.对撞击流反应器用于甲醇合成反应进行分析,通过与具有液相合成工业运行实例的浆态鼓泡床进行对比,发现固含率(催化剂含率)低时(<20%),采用浆态鼓泡床或撞击流用于甲醇合成,反应速率为控制步骤;而高固含率时(40%),浆态鼓泡床其控制步骤已经逐渐转变为传质和反应共同控制,甚至为传质控制,而采用撞击流形式化学反应速率仍为其控制步骤.在撞击流反应器内进行甲醇合成反应,从热模实验的角度证实了催化剂浆料多股撞击对甲醇合成催化剂时空产率带来的增强作用.     

循环浆态床羟基合成应用研究

循环浆态床结合了浆态床良好的传热性能和气流床高效的传质性能.今对循环浆态床内气液传质系数和固体浓度分布进行了考察,结果表明随着循环流量的增大容积传质系数也增大,在相同循环量的情况下气量越大容积传质系数也越大,并且由于催化剂浆料在反应器内循环,因此当循环量在200 L·h-1、气量在2 L·min-1以上的情况下,整个床层的固体浓度分布已接近初始固含率.同时对循环浆态床反应器羟基合成反应工艺条件进行了考察,结果表明温度在240～260 ℃催化剂具有较好的活性,而反应压力的升高,气体流量的增加和浆料循环流量的增加都有利于羟基合成反应的进行.     

固定流化床评价MTO工业试应用催化剂性能

采用小型固定流化床反应器,在反应温度为470℃,反应压力0.115 MPa,甲醇空速3 h-1,甲醇质量分数为80%条件下,考察神华自主开发的甲醇制烯烃催化剂性能。反应过程中对气、液、固三相同时取样,气、液两相样品用GC定量,催化剂上的积炭量用TPO-色谱法定量。综合气、液、固三相产物定量结果,在95%碳平衡条件下,确定催化剂活性、主副产品选择性、积炭结焦性能和寿命,为MTO催化剂试生产过程调整、优化分子筛和催化剂配方、合成工艺提供了基础数据支持。与工业装置使用的参比剂性能相比,将性能优于或相当于参比剂的样品视为合格品,严格控制神华SMC-001催化剂产品质量,保证了神华自主开发的MTO催化剂工业试应用成功。     

超临界条件下甲醇合成的气液传质系数测定

以液体石蜡为惰性液相载体,正己烷为超临界介质,合成气制甲醇为研究体系,测定了超临界条件下三相浆态床中甲醇合成的气液传质系数。在反应温度238℃、合成气分压3.7 MPa、气体空速2744 h^-1条件下,通过不断增加催化剂浓度提高气液传质阻力和反应阻力的相对大小,采用外推法获得完全处于气液传质控制下的气液传质系数。计算结果表明：催化剂浓度对CO的气液传质系数的影响较大,而对CO₂的气液传质系数的影响较小;液相条件下CO、CO₂的气液传质系数分别是0.161、0.03 s^-1,而超临界三相甲醇合成中CO、CO₂的气液传质系数分别是0.199、0.042 s^-1,说明三相浆态床甲醇合成中引入超临界流体利于气液传质,验证了超临界介质中三相甲醇合成的优越性。     

自吸式涡轮搅拌桨的性能研究

系统地测定了自吸式双圆盘六叶涡轮桨应用于气－液－固三相浆态搅拌反应器的性能。研究了吸入气体的临界转速、表征搅拌桨对气体抽吸能力的吸气压力、气体自吸的吸入流量、搅拌功率、气含率、气液分散性能和气液传质规律，以及固体催化剂颗粒的悬浮问题。采用磁钢密封结合自吸式涡轮搅拌桨的三相浆态搅拌反应器，比较适宜于精细化学品合成的工艺研究及本征动力学测定，并对中小规模三相浆态反应工艺的连续化生产提供了可行性研究。     

合成气一步法制二甲醚工艺条件研究

研究了三相床反应器中合成气一步法制二甲醚的工艺条件,催化剂是由甲醇合成催化剂与甲醇脱水催化剂均匀混合组成的双功能催化剂.在温度220～265℃、压力4～5MPa、空速1～2 L/(g·h)的条件下,分别考察了温度、压力和空速对二甲醚合成反应中CO转化率及二甲醚选择性的影响.结果表明,在上述各因素相应的范围内,,随着反应温度的升高,CO转化率、DME选择性逐渐增加;随着压力的升高,CO转化率、DME选择性逐渐增加;CO转化率、DME选择性随空速的提高而逐渐减小.与固定床实验结果相比,三相床反应器中CO转化率略低于固定床反应器.     

撞击流气液反应器湿法脱硫的试验研究

以空气和SO2混合气体作为模拟烟气,以Ca(OH)2悬浮液作为吸收剂,在一个新型撞击流气液反应器中进行了湿法脱硫试验研究。反应器采用水平两流撞击流,喷嘴系获得专利的旋涡压力喷嘴。研究了液气流量比Vl/Vg、钙硫摩尔比rCa/rS、进口SO2浓度cS等主要参数对脱硫率的影响规律。在液气流量比Vl/Vg=0.84×10-3,撞击速度u=7m/s,进口SO2浓度cS=2 400 mg/m3条件下,脱硫效率达到了94%。     

三股对撞式撞击流反应器微观混合性能研究

采用高速数码相机对三股对撞式撞击流反应器不同入口雷诺数下的流场特征进行了研究,并采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系,考察了不同喷嘴直径下的入口雷诺数、不同溶液体积流量比对离集指数的影响。结果表明:入口雷诺数、溶液体积流量比对离集指数有明显的影响。增大入口雷诺数,三股流体高速撞击破碎成的液滴粒径逐渐减小,液滴雾化程度增加,离集指数减小,微观混合效果增加;增大体积流量比,溶液局部浓度增大,导致混合不均匀,离集指数增大。与传统撞击流反应器相比,三股对撞式撞击流反应器离集指数为传统撞击流反应器的2/5,表现出了较好的微观混合性能,更适用于不等溶液体积流量比的液液快速混合反应。     

甲醇制丙烯反应器喷嘴雾化性能的研究

雾化喷嘴系甲醇制丙烯（MTP）反应器内的关键反应物料分配构件,其雾化性能的优劣直接影响着对应催化床层覆盖区域内的传质和传热,从而影响到床层出口反应产物的分布。以反应器六级床层对应的雾化喷嘴为研究对象,分别以氮气（N₂）和水（H₂O）作为气相和液相模拟介质,通过“冷模”实验,考察了喷嘴气（液）流量与入口压力之间的关系,研究了喷嘴在不同气液比（G/L）下雾化粒径、雾化角度及雾化覆盖直径的变化规律。实验结果表明,喷嘴液相质量流量随着入口压力增大而逐渐增加,气相质量流量随着入口压力增加而迅速增加;当保持液相进料量为43.54 kg/h时,喷嘴由一次雾化变为二次雾化后,雾化角度由96.1°降至15.6°;当气液质量比G/L达到12.19时,雾化覆盖直径达到720mm,且雾滴的索泰尔平均粒径为16.3μm。     

Study of the Characteristics of Methanol Synthesis in a Recirculation Slurry Reactor – A Novel Three‐Phase Synthesis Reactor

A process feasibility analysis on the liquid phase methanol synthesis (LPMeOH^TM) process was performed in a recirculation slurry reactor (RSR). In the three‐phase RSR system, a fine catalyst is slurried in the paraffin and this catalyst slurry is continuously recirculated through the nozzle from the slurry sector to the entrained sector by a pump. The syngas is fed concurrently with the downward flow of slurry to form the methanol product. A laboratory scale mini‐pilot plant version of a recirculation slurry reactor system was successfully designed and built to carry out process engineering research, and in addition, an identical cold model was built to measure the mass transfer coefficient in the recirculation slurry reactor. The effects of operating conditions, including temperature, pressure, gas flow rate and catalyst slurry recirculation flow rate on the productivity of methanol were studied. This experimental data helps the scale‐up and commercialization of the methanol synthesis process in recirculation slurry reactors.     

气液混合式撞击流反应器流场特性数值模拟

撞击流反应器具有高效传质和相间强相互作用等优点,在工业上被广泛应用。基于传统撞击流反应器构建了新型二路加速管同轴对置撞击流反应器,进行了以空气为连续相、液态水为离散相的流场混合特性模拟,分析了不同气相流速下气液高速混合流动过程,研究内部流场速度、压力分布及颗粒直径与停滞时间的变化特性。结果表明,流场分布关于撞击面对称,且驻点处压力、速度波动最剧烈。随初始气相速度增加,流场速度呈先平缓上升再缓慢下降,后急剧下降的趋势;流场压力呈先平缓下降再缓慢上升再急速上升,以M型双波峰逐渐趋于重合的趋势,且驻点处压力值非线性增加。当气相初始速度uout =30 m/s, uin =15 m/s时,撞击区域的速度梯度与压力梯度最大,湍动能最强;液滴在反应器中的平均直径最小、滞留时间较长,且明显优于传统反应器。     

超临界介质中三相浆态床甲醇合成

在总压6.0～7.0 MPa、合成气分压3.0～3.7 MPa、温度235～260 ℃、气体质量空速450～1600 L(STP)&#8226;（kg cat）^-1&#8226;h^-1的实验条件下,采用液体石蜡为惰性液相热载体,正己烷作为超临界介质,于机械搅拌反应釜中对催化剂C302-2进行了介质处于超临界状态的三相浆态床甲醇合成过程研究,考察了操作条件对CO转化率和甲醇出口摩尔分数的影响,结果表明在正己烷处于超临界状态的反应温度范围内CO转化率和甲醇出口含量皆随温度的增大而减小,随质量空速的增加而降低.此外,对使用超临界介质和不使用超临界介质的三相浆态床甲醇合成过程进行了对比实验,超临界状态下三相浆态床甲醇合成的CO转化率和甲醇出口含量皆高于三相浆态床甲醇合成,验证了超临界状态下三相浆态床甲醇合成的优越性.     

鼓泡淤浆床甲醇合成(Ⅰ)数学模型及试验验证

建立了一套Φ0 .2m鼓泡淤浆反应器热模试验装置 ,并完成了连续运行 10 0 0h的装置可操作性与稳定性考核试验 .试验中 ,合成反应温度 498～ 5 2 5K ,压力 2 .5～ 3 .1MPa ,质量空速 45 0 0～ 75 0 0L·kg^-1·h^-1,原料气中CO摩尔分率 0 .31.结合热模试验及合成系统的特点 ,得到了计入液相轴向返混、催化剂颗粒轴向分布及气 -固相本征动力学的数学模型 .由该模型得到的甲醇产率及出口甲醇摩尔分率的计算值与热模试验值吻合良好 .将合成压力外推至 5 .0MPa ,通过验证后的模型所得到的模拟数据与美国中试结果相当 ,表明热模试验中所采用的国产C30 2催化剂与医用液体石蜡惰性溶剂互适性良好     

撞击流反应器内涡特性研究进展

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解（POD）分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。     

撞击流反应器撞击面稳定性研究进展

撞击流技术因其良好的混合特性近些年用于强化制备超细粉体反应中的混合过程。撞击面的稳定影响反应器内的混合效果,所以本文对撞击面稳定性的研究进行了综述。撞击流反应器不同结构形式包括平面撞击流、轴对称撞击流和微型撞击流等。文中简述了撞击流稳定性的实验研究手段,分析轴对称撞击流反应器的径向偏转振荡的起止条件和不同喷嘴间距下的轴向偏移振荡规律,并且分析平面撞击流反应器的撞击面偏转周期以及偏转振荡的起止条件。得出轴对称撞击流与平面撞击流撞击面驻点的振荡对混合都有促进作用,并且偏移振荡周期不定,轴对称撞击面偏移振幅与喷嘴间距和雷诺数相关。平面撞击流的偏转振荡周期与进口流速成反比,反应器结构参数是撞击流稳定性的影响因素之一。根据轴对称撞击流偏移振荡对混合的促进作用,本文提出一种新型的预设流量波形双组撞击流反应器。新型撞击流反应器的独特结构克服了物料反应通道单一缺点,通过预设波形控制其进口流量,增大其撞击面偏移振幅,消除撞击面无序振荡,使流动轨迹扩展,扩大混合区域,并设计实验装置与方法讨论动态流量撞击流反应器撞击面稳定性对混合效果的影响。最后,本文对轴对称撞击流反应器的混合性能研究前景进行展望。     

多射流锥形对撞流气流床流场特性实验及模拟研究

为了考察多射流锥形对撞煤加氢气流床内的冷态流场情况,以3 t/d的热态煤加氢气化炉为依据建立了气流床冷模装置。使用三维动态颗粒分析仪(3D-PDA)对气流床内的速度场进行了测量,同时使用Fluent软件,采用κ-ε模型对气流床内的流动情况进行了模拟研究,模拟结果与实验结果能较好地吻合。结果显示:多射流锥形对撞气流床内的流体流动分为对撞区、射流区、回流区和管流区,在考察范围内,随着进气速度的增加,回流区的体积占比先增大后减小;随中心喷嘴携带气速度的增加,射流区速度增大,且较进气速度的影响更为敏感;适当增加进气角度,则会降低射流区速度,增大回流区体积。     

浆态床中二氧化碳加氢合成甲醇

研究了浆态床中自行开发的LP201甲醇合成催化剂上二氧化碳加氢合成甲醇的过程。探讨了不同操作条件,如温度、压力、气体空速、原料气配比等对反应的影响;考察了该催化剂在浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中的稳定性。实验结果表明,浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中主要产物为甲醇、CO和水;随温度的增加,CO2的转化率和甲醇产率呈现上升的趋势,但甲醇的选择性明显下降;压力的升高有利于CO2的转化率、甲醇产率以及甲醇的选择性提高;原料气空速的提高会增大甲醇产率,但同时降低CO2的转化率以及甲醇的选择性;CO2的转化率、甲醇收率以及甲醇的选择性在氢碳摩尔比4～5获得极大值。LP201催化剂的寿命考察结果表明,该催化剂具有较好的催化活性和稳定性。     

低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器数学模拟

建立了经由甲酸甲酯的低温液相甲醇合成鼓泡浆态反应器的数学模型 ,模拟了实验室鼓泡浆态反应器的行为 ,并利用模型考察了工艺参数如表观气速、催化剂浓度对反应的影响 ,对改进和提高低温液相浆态床反应器甲醇合成提供了信息 ,以便对开发低温甲醇合成工艺提供参考和指导