提升管-环流床耦合反应器环流床内的固含率分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在提升管-环流床耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床内局部固含率分布及操作条件的影响,采用径向不均匀指数分析比较了提升管上端耦合环流床及耦合常规流化床的流化质量. 结果表明,环流床内固含率随表观气速增加而减小,导流筒底部固含率随外循环强度增加而增加,中上部固含率受外循环强度影响较小,环隙内固含率随外循环强度增加略有降低. 当导流筒内表观气速Ug,d<0.85 m/s时,固含率径向分布的均匀性沿轴向向上逐渐变好,当Ug,d≥0.85 m/s时,则沿轴向向上先变好,在导流筒出口处又变差;环隙内固含率分布趋于均匀的程度依次为环隙中部>环隙下部>环隙上部. 相同条件下,环流床内固含率分布的径向不均匀指数小于常规流化床.     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

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PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.     

三相环流反应器中的局部相含率

将压差法与气-液相间滑移速度相结合,提出了利用压差法测量三相区局部相含率的新方法,将测得的局部固含率进行轴向平均并与由颗粒装填量计算所得的固含率进行比较,证明了此方法的可靠性. 利用所提出的测量方法,考察了三相环流反应器中气含率和固含率随操作条件的变化规律. 结果表明,气含率随表观气速的升高而增大,且随轴向位置的升高而增大;大颗粒具有破碎气泡的作用,能够增大反应器内的气含率;固含率随表观气速的增加而降低,且沿轴向变化较大. 表观气速较高时,固含率沿轴向近似呈S形分布.     

三相流化床中表观气速对电导率及相含率的影响

应用电导探头测试技术,以直径5～6mm、颗粒密度2.6g/cm3的玻璃珠为固相,空气为气相,自来水为液相,对三相流化床中不同部位的电导率进行测定,研究了表观气速对电导率、气含率的影响.结果表明,径向上(除测孔1外)越靠近流化床中心部位电导率越低,轴向上与气体分布板距离越远电导率越低.在表观气速分别为0.81和2.82m/s时,流化床中心区域气含率较大,靠近边壁区域气含率减小(除测孔1外),随表观气速增加,气含率增加,气含率径向分布均匀性变差,轴向越向上气含率越大(除测孔1外),气含率轴向分布均匀性变差.     

流化床-提升管耦合反应器内固含率的轴向分布及流动发展

在耦合流化床反应器大型冷模实验装置上,考察了不同表观气速下FCC颗粒在耦合流化床内截面平均密度的轴向分布. 结果表明,反应器轴向固含率可分为底部流化床区域和上部提升管区域. 前者的密相区平均固含率随表观气速增大而减小;后者的平均固含率随表观气速Ug增大而增大,Ug<0.58 m/s时固含率分布均匀,Ug=0.70~1.04 m/s时提升管出口出现约束返混区(>8.62 m),Ug>1.16 m/s时提升管底部出现密度重整区(3.82~4.57 m)、加速平稳区(4.57~8.62 m)和出口返混区(>8.62 m). 确定了耦合反应器内提升管区域截面平均固含率的影响参数,并利用实验数据回归了平均固含率的轴向分布经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

连续内环流三相反应器局部流动特性

在φ200 mm×2500 mm连续内环流三相反应器内,考察了空气 水 玻璃珠体系反应器内局部流动参数随操作条件的变化规律。结果表明,导流筒内截面平均气含率随表观气速的增大而增大,较之气液两相流,在低固含率时,加入固体对气含率影响不明显,而在较高固含率下,气含率有明显降低,但固体再增加时对气含率变化影响不大。在较低表观气速下,进料浆速对导流筒内气含率轴向分布趋势有一定的影响,但在较高表观气速下影响不大,导流筒内的气含率大于环隙内的气含率且随气速增大差别更加明显,浆相连续有利于气相分散并增大环隙内的气含率。导流筒内循环浆速径向分布呈抛物状,中心高、近壁处低,受进料浆速和入口固含率影响都不大。浆相循环强度最低为20,高可达180。固含率轴、径向分布受表观气速和进料浆速的影响,固含率轴、径向分布基本均匀,随进料浆速增加,反应器内固含率降低。     

不同流型下组合约束型提升管出口段固含率分布

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,研究了气力输送和快速流态化两种流型下,出口段局部固含率分布规律及不同操作条件对固含率的影响。结果表明:局部固含率径向分布整体上呈中心小、边壁大的分布特征,并随分布器开孔率和表观气速的降低而增大,随上部流化床层压降和颗粒循环强度的降低而减小;在快速流态化操作下,局部固含率曲线分布形式与常规提升管类似,而在气力输送状态下,临近出口区域局部固含率最大值通常不出现在边壁处,其位置随表观气速和分布器开孔率增加以及颗粒循环强度和上部流化床层压降降低而远离边壁;两种流型下局部固含率径向分布的均匀性均随表观气速及分布器开孔率的增加而升高,随颗粒循环强度及流化床层压降的增加而降低。     

电导探针法测量高固含体系循环液速和气含率

基于电导探针和示踪法,开发了一种利用电导探针同时测量环流反应器中高固含体系下循环液速和局部气含率的方法. 利用2个单针电导探头测量脉冲注入KCl饱和溶液后两路电导信号的先后响应,测得两路液体的停留时间分布曲线. 通过对单路信号进行幅值分析可以得到气含率,与压差法相比测量值误差小于5%;通过对过滤气泡信号后的液体的停留时间分布曲线进行相关处理可得到循环液速,测量值与超声多普勒(UDV)的测量结果一致. 实验研究了外环流反应器中操作条件对气含率和循环液速的影响. 结果表明,低表观气速下气含率沿径向分布较均匀,高于0.1 m/s后逐渐呈抛物线型分布,整体随表观气速增加而增大;循环液速随表观气速增加近似线性增大,随固含率增加而减小.     

气液固三相流化床局部相含率轴径向分布

应用开发的微电导探针测试技术,对小尺寸颗粒玻璃珠（粒径分别为0.48、0.80、1.25 mm）和1.45 mm苯乙烯树脂为固相,空气和水分别为气相和液相的三相流化床的各相局部含率进行了同时测定.在较宽操作条件下,获得了一系列局部相含率实验数据.通过对实验数据研究发现：在充分发展段,局部固含率在r/R=0.75～0.85范围内有一个极大值,床层截面平均气含率随表观液速的变化存在一个极小值.在气体分布器区,在距气体分布器轴向一定距离范围内,三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布.随着轴向距离的增加,局部气含率径向不对称分布逐渐消失,最终过渡到对称分布,而局部固含率的径向不对称分布消失得不明显.     

粘度对气液固逆流三相湍动床整体及局部动力学行为的影响

应用开发的微电导探针测试技术,对聚乙烯颗粒(dp=4.01 mm,ps=926 kg.m-3)为固相,水、0.05%(ω)SCMC(羧甲基纤维素钠)及0.2%(ω)SCMC水溶液为液相,空气为气相的逆流三相湍动床(ITPTB)的各相局部含率进行了同时测定,获得了540套局部相含率实验数据.在表观气速ug等于Ug3(颗粒在轴向均匀分布时的表观气速)时,通过对局部固含率(εs)和局部气含率(εg)的径向分布实验研究发现εs呈现床中心处小,床壁处大的分布规律,且在r/R=0.75～0.90范围内有一个极大值峰,极大值峰在径向出现的范围与传统流化床相比增大;εg呈现床中心处最大,床壁处最小的分布规律,与传统流化床相比εg在径向上的非均匀性分布愈加明显.另外,根据εs的轴向分布特性,确定了ITPTB的不同操作流型,得到了相应流型下三个特征表观气速Ug1、Ug2和Ug3,实验考察了液体的粘度(μl)、颗粒静止高度与颗粒和液体总静止高度之比(H0/H0)及液体静止高度(H10)对三个特征表观气速Ug1、Ug2和Ug3的影响规律.