快速流化床中颗粒浓度及颗粒速度的径向分布

本文在φ140mm的气固并流下行快速流化床中,研究了颗粒浓度及颗粒速度的径向分布随操作气速、颗粒循环速率以及床层轴向位置的变化规律。并探讨了颗粒质量通量的径向分布及颗粒流动的均匀性,表明在相同操作条件下,下行快速流化床中气固流动远比上行快速流化床均匀。     

大型快速流化床内颗粒浓度和速度分布的实验研究

采用压力巡检仪和光纤测量仪,对直径300 mm的快速流化床反应器内气固两相流动特性进行了研究,考察了操作条件对快速床轴、径向催化剂颗粒浓度、颗粒速度、筛分分布等的影响. 结果表明,当操作气速提高到2.0~2.6 m/s,相应的催化剂循环强度在60~160 kg/(m2×s),床层密度可保持在50~650 kg/m3;催化剂颗粒浓度在径向上呈中心低、边壁高的不均匀分布,轴向上各径向位置在颗粒加速区逐渐降低、在充分发展区趋于稳定、随表观气速增大或催化剂循环强度减小而减小,且径向均匀性变好,在r/R<0.7的中心区域趋于一致;颗粒速度在径向上呈中心高、边壁低的抛物线形分布,且随操作气速增大或催化剂循环强度增大而更加明显.     

流化床夹带颗粒浓度轴向分布的研究

继φ500mm 流化床中的夹带研究之后,本工作在φ154mm 有机玻璃流化床中实验研究了 FCC 催化剂,DX 型苯酐催化剂和丙烯腈催化剂在稀相区夹带颗粒浓度的轴向分布规律。在 TPH 概念和前人工作的基础上,本工作提出了一修正夹带模型和“恒夹带出口高度”CEOH 的概念,并获得了多种条件下的稀相区颗粒浓度的统一关联式。     

声场流化床A类颗粒浓度分布研究

在内径140 mm,高1 600 mm的鼓泡流化床中,以流化催化裂化(FCC)颗粒为流化介质,采用光导纤维探针测定不同轴/径向位置的颗粒浓度分布.考察了操作气速和外加声场对密相区颗粒浓度的影响.结果表明,鼓泡床密相区颗粒浓度沿轴向逐渐减小,沿径向呈抛物线分布.声场的引入可以降低颗粒起始流化速度:声压级越大,起始流化速度越小:固定声压频率在150 Hz时颗粒起始流化速度最小.1随着声压强度的增大,床层中心区和上部密相区颗粒浓度增大.固定声压级,频率在100～400 Hz颗粒浓度较大,频率低于100 Hz或高于400 Hz时,声波的作用效果减弱.     

内置钝体对快速流化床中颗粒浓度分布的影响

本文在内径140mm的快速流化床中,考察了内置钝体对床内轴向压力分布和径向颗粒浓度分布的影响。实验结果表明,内置钝体构件对于快速流化床中的压力和浓度的分布影响显著,而且大大增强了气固两相的径向混合。     

生物质流化床快速裂解模型

研究了流化床内的生物质快速裂解模型,其特点是考虑了原料粒子在下部密相区和上部稀相区的不同反应历程.模型的计算结果表明,原料粒子和产物气体在反应器内的停留时间有较大的区别,其变化情况对裂解产物的分布有很大影响.由该模型得到的计算结果能和实验值很好吻合,表明它能较好地描述流化床反应器内生物质快速裂解的反应过程.结合计算数据对影响裂解结果的一些因素进行了分析.     

二维液固循环流化床内固体颗粒浓度分布的研究

本文对立了液固两相流在弯管中的运动微分方程,提出了一种由流化床压降计算流化床中固体颗粒膨胀高度的方法,在此基础上提出了固体颗粒浓度分布的经验计算式。本文建立了一套模拟循环流化床蒸发器流动状况的二维装置,采用CCD图象采集与处理系统对不同的操作条件下惰性固体颗粒在床中的浓度分布进行测量,实验表明模型较为准确,可用于工程计算。     

用于二甲醚催化裂解的下行式循环流化床

从天然气或煤制合成气等非石油资源（经由二甲醚）制取低碳烯烃的工艺中，二甲醚催化裂解制烯烃是决定性的步骤．采用新型的并流下行循环流化床（CDCFB），能较好地解决反应热的导出，以维持反应温度的均衡，保持反应的高转化率与高选择性，并可使反应和再生操作能连续平稳地进行本文提出了一种用于实施二甲醚催化裂解反应的CDCFB结构形式，并用实验考察了整套装置的可操作性及各种操作与结构参数对催化裂解工艺的适应性，测定了反应再生系统的流体力学性能，为热态试验装置提供了设计依据     

新型旋风管内颗粒浓度分布的实验研究

在Shell型旋风管基础上进行了结构与尺寸的优化匹配,得到一种新型高效旋风管. 采用等动采样方法,对新型旋风管内的颗粒浓度场进行了测试与分析. 实验结果表明,新型旋风管开有排尘槽的锥形排尘结构有较好的分离效果,并在一定程度上可以降低颗粒的返混;加设导流锥结构可显著减少短路流,并能使细小颗粒受到较强的惯性作用而得到分离. 灰斗上方区域,沿轴向向上颗粒浓度呈下降的趋势,表明内旋流对颗粒具有较强的二次分离作用. 对粒级效率的估算结果表明,新型旋风管可将粒径大于7 mm的颗粒全部除净,3~7 mm的细小颗粒的粒级分离效率可达86%以上,而相同操作条件下Shell型旋风单管仅能将10 mm以上的颗粒除净. 本工作为旋风管的结构改进、尺寸优化乃至工业推广应用提供了必要的基础.     

湍动流化床过渡段固含率分布特征的实验及数值模拟

在湍动流化床中,过渡段对于包括甲醇制烯烃在内的气固催化快反应有着重要的作用。采用PV6D反射型光纤探针对内径95 mm的湍动流化床内过渡段的固含率分布和脉动参数进行了测量,分别考察了表观气速和静床高的影响,并采用修正的基于颗粒动力学的三段曳力双流体模型进行模拟。实验表明,湍动流化床过渡段中固含率的轴向分布呈现S型和指数型两种类型,固含率轴向与径向分布都在过渡段内出现最大梯度,表明过渡段中固体浓度分布比稀相段和密相段更不均匀。表观气速和静床高的变化将导致S型和指数型分布的相互转变,并且对过渡段底部与壁面附近的固体高浓度区影响最为显著。局部固含率脉动概率密度分布表明,在静床高较小时,随着气速的增大,床层下部气含率最大值位置将从中心区移动至环隙区,呈现气含率的双峰型分布。本文提出的修正三段曳力模型考虑了颗粒团聚的影响,对过渡段中分布板影响区之外的固含率分布均能较好地模拟。     

多层筛板流化床料层高度均匀性研究

通过测定流化床料层压差,研究了多层流化床顶层进料均匀性、进气及排气方式对多层流化床流化料层高度均匀性的影响。结果表明,布料越均匀,上中二料层高度越接近,且在低气速下易于形成较良好的流化层,但随着气速增大,其影响逐渐减弱;在低气速下进气方式对中下二料层均匀性有较大影响,但随气速增大影响也减弱,底部进气方式更易达到较好的料层均匀性;流化床的排气方式对流化料层基本无影响。因此均匀的布料和较均匀的进气预分布有助于均化各料层高度,并拓宽多层流化床的操作弹性。     

60米高循环流化床内物料浓度分布的冷态试验

利用电厂循环流化床锅炉现有的结构和设备, 搭建提升管高度60m、内径400mm的超高循环流化床冷态实验台, 重点研究了流化风速和颗粒密度对提升管内轴向和径向空隙率分布的影响。实验结果表明:空隙率分布形式与流化风速和物料密度密切相关, 对于一定的床料高度, 在底部密相区一直有床料堆积的情况下, 随着流化风速的增加, 提升管底部密相区空隙率增大, 上部稀相区的空隙率减小并且其在径向的分布变得更加不均匀;在一定的流化风速下, 密度较小的物料将更多的被带入上部稀相区, 上部稀相区的空隙率减小, 其在径向分布将变得更加不均匀。     

微型流化床中萘裂解生成小分子气体的反应动力学研究

气化是煤、生物质以及其他含碳燃料高值化利用的有效途径之一。为了考察气化过程中焦油的反应转化特性,选取萘作为焦油模型化合物,以流化催化裂化（fluid catalytic cracking,FCC）催化剂及褐煤热解焦作为接触裂解载体,利用微型流化床考察流化条件下萘催化裂解反应规律,并采用Friedman法和积分法计算萘裂解生成CH₄和H₂等典型气体组分的动力学参数。结果表明,FCC催化剂与褐煤焦均对萘裂解有明显的催化效果,褐煤焦用于萘裂解的反应活化能整体数值低于FCC催化剂。FCC催化剂裂解萘生成H₂符合三维扩散（球形对称）模型,生成CH₄符合成核与生长（n=2/3）模型。相应地,褐煤焦裂解萘反应生成H₂和CH₄分别采用收缩几何形状（圆柱形对称）和三维扩散（圆柱形对称）具有较好的拟合度。     

催化裂化流化床内构件的研究进展

介绍了近年来催化裂化流化床中内构件的研究现状,主要包括挡板、垂直管束和填料。阐述了气、固两相在装有不同内构件的流化床中的流动特点,指明了各类内构件的优缺点。并详细阐述了挡板式和填料式内构件的改进历程,根据现有内构件存在的优缺点提出了新的内构件的开发方向。     

流化床内颗粒混合研究

分析了流化床内颗粒混合机理，综合了床内水平方向和垂直方向上颗粒混合，将床内颗粒混合过程分成两部分：一是向上运动的尾迹相和向下运动的乳化相之间的对流交换，二是乳化相内横向扩散。建立了二维的对流扩散模型，数值结果和实验数据吻合。     

流化床密相区颗粒扩散系数的CFD数值预测

应用离散颗粒模型直观获得颗粒运动情况,并从单个颗粒和气泡作用的角度分析颗粒运动和混合,证实气泡在床层中上升、在床层表面爆破以及气泡上升引起的乳化相下沉运动对颗粒混合起关键作用。应用基于颗粒动理学的双流体模型系统地对床宽分别为0.2、0.4、0.8 m的二维流化床在鼓泡区和湍动区的气固两相流动行为进行数值模拟。受离散颗粒模型启发,在双流体模型计算结果基础上,引入理想示踪粒子技术计算床内平均颗粒扩散系数。计算结果表明,颗粒横向扩散系数(D_x)总体上随流化风速增大而增大,但受床体尺寸影响较大;颗粒轴向扩散系数随流化风速增大而增大,受床体尺寸影响较弱。文献报道的密相区颗粒横向扩散系数分布在10^-4～10^-1 m²·s^-1数量级。本文提出的计算方法在数量级上与文献实验结果吻合,表明在大尺寸流化床且高流化风速下,颗粒横向扩散系数远大于小尺寸鼓泡流化床,为不同研究者实验结果的分歧提供了理论依据,也为预测大型流化床内颗粒扩散速率提供了放大策略。     

Two-area model for bubble distribution in a turbulent fluidized bed of fine particles

The flow behavior of gas and solid was investigated in FCC simulator of φ710×4000/φ870×11000mm.The axial and radial distributions were detected with matrix fiber-opticprobes.It was found that the distribution of bubble diameter in the turbulent region of the fluidizedbed of fine particles was different from the results reported for lab-scale experiments.Radially therewere three areas,i.e.,the central(r/R=0-0.4),the intermittent or stable(r/R=0.4-0.8)and thenear wall(r/R=0.8-1.0)areas respectively.It was noticed that bubbles were almost non-existing atthe near wall area.Hence,according to the coalescence and splitting theory of bubbles,a two-areamodel of bubble diameter distribution was proposed and a dimensionless parameter(γ_M)regarded asan index for'quality'of fluidization was deduced.     

Experimental study on catalytic steam gasification of natural coke in a fluidized bed

The gasification characteristics of natural coke from Peicheng mine with steam were investigated in a fluidized bed reactor. The effects of catalyst type, composition and dosage of catalyst on the yield, components and heating value of product gas, and carbon conversion rate were examined. The results show that fluidized bed gasification technology is an effective way to gasify natural coke. Also the results indicate that individual addition of K-, Ca-, Fe-, Ni-based catalyst effectively increases the gasification reaction rate of the natural coke samples. With the increase in catalyst dosage, the yield and heating value of product gas per hour increase obviously, and carbon conversion rate is improved substantially. Each of aforementioned catalysts has similar catalytic effect and trend, among which the effect of Ca-based catalyst is a little weaker. The optimum metal atom ratio of mixed catalyst is Fe/Ni/others = 35/55/10, and the mixed catalyst displays maximum catalytic performance when the catalyst dosage in the natural coke is about 4%. The experimental findings provide an interesting reference for large-scale development and utilization of natural coke.     

Optimization of a model IV fluidized catalytic cracking unit

Maximization of a profit function related to a fluidized catalytic cracking unit model was carried out by Luus‐jaakola optimization procedure. A 7‐dimensional search is carried out on a FCC unit described by 113 nonlinear algebraic equations and 9 differential equations. Despite the low sensitivity and the existence of several local optima, the global optimum was obtained with reasonable amount of computational effort. At the optimum, the profit function is 1% higher than when the air blowers are constrained to operate at their maximum capacity.