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.     

流化床提升管中脱油油砂颗粒固含率的轴向分布

针对油砂直接流化焦化工艺,建立了一套大型冷模提升管循环流化床装置. 粒度测试结果表明,该脱油油砂颗粒属宽筛分混合颗粒,且细颗粒含量较多,粒度分布宽(1~>2000 mm). 在不同操作条件下,采用多点压力密度测量仪测定了提升管内压力梯度和截面平均固含率沿提升管轴向的分布. 实验结果表明,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率随表观气速增大而减小,随颗粒循环强度增大而增大;固含率沿提升管轴向的分布为C型,即上下两端较浓、中间较稀,且沿提升管自上而下分为3个区域：颗粒约束返混区(>12 m)、充分发展区(4~12 m)和颗粒加速区(<4 m);在相同操作条件下,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率高于FCC颗粒,加速段与约束返混段长度大于FCC颗粒;确定了脱油油砂颗粒在提升管内截面平均固含率的影响参数为ep', Fr及Hr/Dr;通过实验数据回归得到提升管内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算与实验值吻合较好.     

提升管-流化床耦合反应器颗粒约束返混区的流动特性及约束作用分析

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在一套提升管-流化床耦合反应器大型冷态实验装置上,系统研究了提升管出口段的颗粒流动特性,通过定义约束指数R_i（R_i为颗粒约束返混区实际截面平均固含率与理论截面平均固含率之比）定量反映提升管出口分布器及流化床层的约束作用。结果表明,与常规提升管相比,耦合反应器提升管出口存在一个颗粒约束返混区,其长度主要受表观气速、颗粒循环强度及上部流化床内颗粒静床高度影响;由于出口设置了倒锥形分布器,使得颗粒约束返混区靠近提升管出口区域在表观气速较低和颗粒循环强度较大时,局部固含率最大值出现在量纲 1半径Φ＝0.7处;颗粒约束返混区的约束指数在靠近出口的过程中逐渐增大,气固流动受到分布器及上部流化床层的约束作用亦逐渐增强。     

环隙下料式流化床?提升管耦合反应器内截面平均固含率的分布

在环隙下料式流化床-提升管耦合反应器大型冷模实验装置中,研究了提升管和环隙下料管内FCC颗粒截面平均固含率(εp)的轴向分布.结果表明,流化床区域内pe随操作气速增大而减小,提升管区域可分为充分发展区(3.91~6.81 m)和约束返混区(6.81~8.60 m),提升管区域内εp随操作气速增大而增大,操作气速小于0.7 m/s时,εp沿轴向分布均匀;其大于0.7 m/s时,约束返混区的pe明显增大.在环隙下料管内,由于受窜气的影响,颗粒沿重力场流动阻力增大.操作气速小于0.75 m/s时,环隙下料管内εp沿轴向分布较均匀;其大于0.75 m/s时,变径段出现脱空现象.总体上,εp沿轴向向下略有增加,颗粒可顺畅通过环隙下料管循环返回流化床内.确定了提升管区域内εp沿轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

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.     

气液固三相提升管中液相扩散特性

对气液固三相提升管内液相扩散行为进行了实验研究,考察了气速、液速以及颗粒循环量等操作因素对液相扩散系数的影响规律.实验研究结果表明,轴向、径向扩散系数随气速的增大均增大;轴向扩散系数随液速的变化基本保持不变,径向扩散系数随液速的增大而减小;轴向、径向扩散系数随颗粒循环量的增大均增大.与传统的气液固三相流化床相比,气液固三相提升管反应器更接近理想的平推流反应器.     

多段分级转化流化床提升管速度场的研究

针对流化床煤气化过程中需要长气固接触时间和高固体浓度,开发了耦合灰熔聚流化床和提升管的多段分级转化流化床。为了研究多段分级转化流化床提升管中局部颗粒速度的径向、轴向分布,在不同的操作条件下,采用PV-6型颗粒速度测量仪在冷态实验装置中系统测定提升管内局部颗粒速度。实验结果表明:提升管中任何径向、轴向位置的颗粒速度随着操作气速的增大而增大,随循环量的增加而减小。操作条件对中心区颗粒速度变化的影响明显高于边壁区。颗粒的加速首先发生在提升管中心区域,然后向边壁区域扩展。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向逐渐增大,并且受操作气速影响比较大。     

耦合流化床提升管流动结构及边壁层厚度的研究

在射流流化床与提升管耦合的多段分级转化流化床冷态实验装置上,采用压力传感器和PV-6型颗粒速度测量仪,对提升管流动结构和边壁层厚度进行了系统研究。结果表明,一定的操作气速下,固体循环量增加使提升管中气固流动状态从稀相气力输送过渡到快速流态化区域。当提升管处于快速流态化区域时,一定固体循环量下,表观气速增加使提升管轴向各个位置的边壁层厚度减小;一定气速下,固体循环量增加使提升管各个截面的边壁层厚度增加,且低气速时提升管各个截面的边壁层厚度随固体循环量增加的程度明显高于高气速时。拟合得到了边壁层厚度与截面平均固体浓度的关系式,较好地预测了快速流态化区域内边壁层厚度随截面平均固体浓度的变化关系,该表达式的计算值和实验值吻合较好。     

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.     

提升管与气-固环流床层耦合反应器的流体力学特性及流动模型

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在一套提升管与气-固环流床层耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床层的流体力学特性。结果表明,在环流床层与提升管耦合操作的情况下,床层内颗粒环流存在两种推动力,分别为静压差推动力和颗粒喷射推动力;环隙与导流筒之间的整体平均固含率差随导流筒表观气速增加而增加,随颗粒外循环强度增加而降低;颗粒环流速度随导流筒表观气速和颗粒外循环强度增加而增加。通过对环流床层进行动量衡算,建立了提升管与环流床层耦合流动的数学模型,模型平均相对误差在15.95％以内。     

耦合反应器提升管段颗粒速度分布及约束特性

A large-scale cold model experimental setup of a riser-fluidized bed coupled reactor was established according to the olefin reduction technology with an auxiliary reactor for FCC naphtha upgrading.Distributions of particle velocity in the riser section were experimentally investigated in the setup.Furthermore,the restriction index of particle velocity was defined to quantitatively show the restriction effects of the riser outlet lotus-shaped distributor and the upper fluidized bed on the particle flow behavior in the riser.The experimental results showed that the riser could be divided into two regions in the longitudinal direction,i.e.,lower traditional transport region and upper restriction region.In the longitudinal direction,the averaged cross-sectional particle velocity in the traditional transport region increased firstly,and then tended to be smooth,while decreased in the restriction region.With the increase of static bed height in the upper fluidized bed,the local particle velocity decreased,and the tendency of change in the core region is more than that in the wall region.Restriction effects of the lotus-shaped distributor and the upper fluidized bed on particle flow behavior enhanced with the increases of superficial gas velocity,solids flux and static bed height in the upper fluidized bed.In the same cross-section,outlet restriction effects enhanced with the increase of the dimensionless radial position r/R,and would not change when r/R≥0.5.     

循环床提升管中粗重颗粒浓度的轴向分布

在10m高提升管中对空气-沙子体系的压力梯度进行系统测试,研究了粗重颗粒平均颗粒浓度云的轴向分布及操作条件对它的影响。结果表明,粗重颗粒的^εs在相同操作条件下显著低于FCC颗粒;随操作条件的不同,沙子颗粒表现出与FCC显著不同的轴向分布形态。高气速下粗重颗粒^εs的轴向分布与FCC相似表现为单调下降或直线形关系;但在表观气速Ug降低至某一临界值后,粗重颗粒^εs的轴向分布呈现出波动形式,表明沙子颗粒在提升管中的流动是一个加速-减速-再加速直至充分发展的过程。随Ug减小或Gs增大,提升管各截面上云升高;当^εs的轴向分布为波动形式时,提升管底部截面和中部颗粒聚集截面上^εs的变化较其它截面更为显著。     

石油焦燃烧器环流混合段内床层的轴向密度分布

采用气-固环流反应器与输送床烧焦管相结合的结构形式,建立了一套适应石油焦或气化余焦燃烧要求的大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用差压变送器测定了环流混合段内环区及外环区内床层轴向压力梯度及密度的分布规律. 结果表明,内环床层密度分布可分为底部密相区和上部湍流扩散区;内环颗粒循环强度对底部密相区的密度分布影响较小,只对导流筒上部湍流扩散区有影响;随着内环表观气速的增大,整个内环床层密度均降低. 外环床层密度分布与内环的表观气速、颗粒循环强度和外环床层密相料位高度有关. 利用实验数据回归出了内环和外环轴向颗粒密度分布的经验模型,其计算值与实验值吻合较好.     

流化床-提升管耦合流化床反应器研究进展

耦合流化床反应器由于其独特的优越性,得到了越来越广泛的关注。介绍了近期流化床-提升管耦合流化床反应器的应用研究进展。同时对比了不同物性的颗粒在类似的流化床-提升管耦合流化床反应器内流动特性,发现不同物性的颗粒,在流化床-提升管耦合流化床反应器内的流动特性有着不同的特性。     

不同粒度分布高硫焦颗粒在强混燃烧器内的流动特性

利用一套新型强混燃烧器,对3种不同粒度分布的高硫焦颗粒的流动特性进行了较为详尽的考察. 反应器主要由预混段和提升段组成,两部分结构尺寸分别为f240 mm′3000 mm和f70 mm′9000 mm. 实验操作条件为：提升管表观气速8~18 m/s,颗粒循环速率60~200 kg/(m2×s). 通过对3种不同粒度分布的颗粒在强混燃烧器内颗粒固含率、颗粒速度轴径向分布的测定,发现随掺入细颗粒比例的增加,截面平均颗粒速度降低;在较粗的高硫焦颗粒中适当掺入细粉,可使床层内颗粒固含率增加,返混加剧,停留时间延长,有利于高硫焦的充分燃烧.