基于十集总反应动力学的重油下行床碱性催化裂解CFD模拟

重油下行床碱性催化裂解工艺能够有效抑制催化剂结焦,从而达到较高的重油转化率,获得高收率的轻质油品和低碳烯烃,实现劣质重油的分级高值化转化。为了给该新型工艺的设计优化以及工业放大提供参考,本文建立了能够预测各低碳烯烃产率的十集总重油碱性催化裂解反应动力学模型,基于四阶Runge-Kutta法和BFGS最优化算法求解,获得了各反应路径的指前因子及活化能,并与实验数据进行对比,以验证所建立的动力学模型的准确性。基于耦合十集总反应动力学模型和双流体模型,对200万t·a^-1下行床反应器内的碱性催化裂解过程进行流体力学数值模拟计算,考察了剂油比、反应温度、反应时间、回炼比等操作因素对产物分布的影响规律。     

下行床气固两相流动计算流体力学模拟

基于颗粒相动力学理论 ,对层流机制表达的气固两相流体力学模型采用Reynolds平均的方法获得气固两相流的湍流模型描述 .其中 ,气相湍流行为以k -ε模型描述 ;颗粒相的碰撞行为以颗粒流的动力学模型表达 ;而湍流行为以kp 模型描述 .因此建立的k -ε -Θ -kp 模型综合考虑了气相和颗粒相的湍流运动以及颗粒的碰撞行为 .依据此模型建立了三维流体力学求解程序并对下行床气固两相流动行为进行了模型预测 .讨论了恢复系数的选取及壁效应假设 ,从机理上分析并考察了 3种模型的预测能力 .针对内径 1 40mm、高 7m的下行床冷态设备 ,在较宽的操作范围内 ,对比了详细的颗粒浓度和速度径向分布以及轴向参数分布 ,并对下行床的放大行为进行了预测 .     

费托合成浆态床反应器的CFD模拟

利用基于多流体模型框架的瞬态计算流体力学(CFD)预测了流场、浓度分布、压力变化及放大效应等流体力学特征,结果显示:集液杯起到很好的脱气作用,改变了周围流场和反应器压降;不含内构件的区域,浆液在中心处向上、边壁处向下流动;对于三维模拟,小直径反应器的集液杯顶端下方出现气含率增加的现象,放大后此效应消失,集液杯上的压降随着集液杯距离中心增加而减小,而受力则先增加后减小,为其合理设计提供了理论依据。     

下行床气粒流动行为的Eulerian-Lagrangian模拟

采用计算流体力学和离散单元方法耦合模型（CFD-DEM）对二维下行床内的气粒流动行为进行了全床数值模拟。模拟结果展示了下行床典型操作条件下特有的气固动态流动结构：沿流动方向存在明显的入口控制区、过渡区和（完全）发展区;颗粒聚团并不是出现在浓度相对较高的入口区,而是在过渡区之后的发展过程中逐渐形成较多的、松散的动态聚团结构。下行床发展段呈现典型的近壁浓环结构,这与实验结果基本一致。考察了颗粒之间以及颗粒与壁面之间的碰撞参数对下行床内气固流动结构的影响,发现完全弹性碰撞颗粒体系在入口区呈现最快速的颗粒分散;而对本文研究的操作条件,颗粒碰撞参数对发展段时均流体力学行为只产生轻微的影响。     

提升管和下行床在催化裂化过程中的比较

在综合考虑流动、反应、传质的基础上,建立了适用于模拟提升管和下行床反应器中催化裂化过程的二维返混模型,并利用正交配置法进行数值求解,得到了各产物在两种反应器内的不同浓度分布规律。这处结果源于两者流动结构和混合状况的差异。和提升管相比,由于下行床内的气固两相流动更接近平推流,气固速度和颗粒浓度径向分布均匀,气固轴向返混小,因而可得到更高的汽油收率。     

三相滴流床反应器基于CFD的模拟方法探究

滴流床反应器是一种典型的气液固三相反应器,广泛应用于化学与石油加工工程。相间、相内传质以及催化剂表面相互作用、催化剂的有效润湿率、反应器流体力学、反应器模型等这些因素都影响着滴流床的反应性能。文章采用的滴流床反应器即是在固体催化颗粒床层内气液两相反应物自上而下流动(沿重力方向)的一类反应器。苯二酚是重要的精细化工中间体,用途非常广泛。我们采用CFD模拟了苯酚氧化生成苯二酚的反应。用网格划分粗细的影响及床层催化剂空隙率对流场的影响,计算为三维模拟计算。模拟了局部气含率、持液量,压力降,轴向速度分布及其径向分布速度等数据,探究了模拟方法,为进一步研究提供了参考依据。     

下行式循环流化床用于催化裂化过程的数学模拟

采用十一集总动力学,结合气固流体力学行为和轴、径向扩散行为,建立了适合于提升管及下行式循环流化床催化裂化的数学模型,采用此模型对催化裂化过程计算的结果表明,下行床内目的产品选择性显著高于提升管,但在与工业提升管相同的操作条件下,下行床内原料转化率较低,优势不能发挥。适当增加下行床长度、增大床径、使物料循环反应、增加剂油比、提高反应温度或反应压力等可以改善下行床的反应效果。下行床用于催化裂化过程,与之较匹配的应该是具有更高活性的催化剂,研制新型高活性催化剂也是下行床推向工业的重要措施之一。     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

旋转填充床CFD模拟研究进展

旋转填充床（RPB）反应器凭借填料对液体的切割破碎作用,可以显著强化多相流之间的质量传递,大幅度减少反应时间。但是旋转填充床内部结构和流体力学规律极为复杂,即便使用高速摄像机也很难准确描述填料内的流动和传质规律。计算流体动力学（CFD）凭借其能够有效模拟多相流动过程中的流动和传质规律的独特优势,近年来已被许多研究人员用来模拟RPB反应器中的流动和反应特性。本文综述了近些年来学者利用CFD技术模拟旋转填充床反应器的研究进展,并着重总结了多相流模型的选取、边界条件的确定以及旋转填充床的简化方法等CFD计算中的关键部分。     

提升管-下行床耦合反应器模拟

采用轴径向二维扩散模型对提升管-下行床耦合反应器催化裂化反应进行了数学模拟,并与提升管及下行床进行了对比.结果表明,在下行床之前耦合一段适当长度的提升管不仅可以保证原料具有较高的转化率,而且可以保证目的产品的选择性较高,缩短达到相同产品收率所需的下行床长度.这种耦合反应器充分利用了提升管与下行床各自的优势,并可以根据具体的原料及产品需求调整进料的位置以改变提升段与下行段的长度比例,实现柔性操作.     

用CFD研究搅拌槽内的混合过程

在CFX软件的基础上开发了用于混合过程计算的程序,并在流动场计算的基础上对单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了初步的数值研究.对速度场和浓度场联立求解与单独求解两种处理方法分别进行了计算,计算得到的浓度响应曲线与文献数据趋势一致,两种方法计算的混合时间变化规律一致,联立求解计算得到的混合时间略小于单独求解,但是联立求解的计算量非常大.计算结果表明：混合过程与计算采用的流动场密切相关;混合时间大小不仅与监测点位置有关,还与加料位置有关,在搅拌桨附近加料混合时间最小,在槽底部加料混合时间最大.     

催化裂化用新型高效雾化进料喷嘴的研制与工业应用

介绍了BWJ(Ⅲ)型流化催化裂化（FCC）用新型高效雾化进料喷嘴的研制和工业应用。工厂应用标定表明,采用该新型喷嘴,生焦率降低0.95%,干气收率降低0.475%,液体收率（液化气+汽油+柴油）提高1.432%,雾化蒸汽用量有所降低,说明喷嘴的雾化性能较好,经济效益显著。     

SIMULATION AND STATIC BIFURCATION BEHAVIOR OF INDUSTRIAL FCC UNITS

A relatively simple model of optimum degree of sophistication for riser-reactor industrial fluid catalytic cracking (FCC) units is developed. An efficient iterative computer code is developed for the solution of the nonlinear two-point boundary value model equations. Sets of data for three industrial units are used to adjust the parameters of the model. Independent sets of data for each unit are used to verify the reliability of the model without any adjustable parameters. The model is used to investigate the static bifurcation behavior and its implications for design, operation, and control.     

SIMULATION AND STATIC BIFURCATION BEHAVIOR OF INDUSTRIAL FCC UNITS

A relatively simple model of optimum degree of sophistication for riser-reactor industrial fluid catalytic cracking (FCC) units is developed. An efficient iterative computer code is developed for the solution of the nonlinear two-point boundary value model equations. Sets of data for three industrial units are used to adjust the parameters of the model. Independent sets of data for each unit are used to verify the reliability of the model without any adjustable parameters. The model is used to investigate the static bifurcation behavior and its implications for design, operation, and control.     

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60 μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。     

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60 μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。     

下行床反应器用于重油催化裂解制取低碳烯烃

建立了一套下行式循环流化床反应装置,利用此装置进行了重油催化裂解制取低碳烯烃的实验研究.以中间基丙烷脱沥青油(DAO)为原料、工业CHP-1分子筛平衡剂为催化剂,主要考察了下行床反应器中反应温度和剂油比对实验结果的影响.试验表明：当以丙烯、丁烯为目标产物时,反应温度存在最佳值,剂油比越大低碳烯烃收率越高.由于下行床具有短停留时间、气固流动更均匀和返混小的优点,能获得更高的产品收率,使干气收率受到抑制.试验结果说明下行床反应器是一种适合于石油烃类裂解工艺过程的反应器形式.     

活性氧化铝在FCC催化剂中的应用研究

采用N^₂吸附法、IR和XRD等手段研究了活性氧化铝用于催化裂化(FCC )催化剂中的性能。结果表明,在FCC催化剂制备及应用条件下,活性氧化铝保持比较稳定的比表面积、孔容和酸性等性能。磷易与活性氧化铝作用,分子筛与磷的作用存在一个逐步平衡的过程;氧化铝有利于改善基质的孔结构;对以铝溶胶为粘结剂制备的催化剂进行磷改性处理,催化剂基质与活性组分分子筛上的磷含量基本相当。