颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用(Ⅱ)--催化剂的流动特征及产品浓度沿程分布

运用已经建立的催化裂化反应的数学模型和模型边界条件及求解方法,结合炼油厂工业提升管的实际操作参数,模拟预测了催化裂化提升管反应器内催化剂颗粒的流场特征和原料油反应产物的浓度及气粒两相平均温度的沿程分布特征。模拟结果表明,由于原料油射流的影响,提升管反应器内催化剂颗粒的流动特征非常复杂,在喷嘴附近的催化剂颗粒存在明显的滑落返混;裂化产物浓度沿提升管存在非均匀分布;气粒两相间温差在喷嘴附近显著,在中上部气粒两相温度几乎相等     

颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用（Ⅰ）：催化裂 …

详细掌握循环流化床中颗粒相的流动特征是放大优化提升管的基础。借鉴稠密气体分子运动理论及基于双流体的概念,结合颗粒流的动力学模型和湍流动能模型,耦合催化裂化反应的十三集总动力学模型,得到了催化裂化提升管反应器内原料油气相和催化剂颗粒相的流动反应数学模型,提出了模型的边界条件和模型方程组的离散求解方法,为研究颗粒相的流动特征奠定了理论基础。     

颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用(I)--催化裂化数学模型的建立

详细掌握循环流化床中颗粒相的流动特征是放大优化提升管的基础。借鉴稠密气体分子运动理论及基于双流体的概念,结合颗粒流的动力学模型和湍 动能模型,耦合催化裂化反应 的十三集总动力学模型,得到了催化裂化提升管反应器内原料油气相和催 化剂颗粒相的流动反应数 学模型, 提出了模型的边界条件和模型方程组的离散求解方法,为研究颗粒相的流动特征奠定了理论基础。     

提高渣油掺炼比对催化裂化行为及产品性能的影响

利用小型提升管催化裂化装置考察了提高原料掺炼量对催化裂化行为及产品主要性能的影响。结果表明,提高掺渣量,原料密度、粘度增大,难以裂化的重组分含量增多,使得原料油雾化、汽化的效果变差,裂化产物中焦炭、氢气产率增加,催化剂再生烧焦的难度增大;原料油中重金属及硫、氮含量升高,导致反应的转化率及选择性下降,轻油产率减少;裂化产物中汽、柴油的硫、氮含量有所升高,酸度增大,产品精制的苛刻度增加。增大剂油比,提高反应温度可以改善原料油的雾化、汽化效果,对改善裂化产物的产品分布有利。     

中央扩散型精矿喷嘴空气动力学特性数值模拟

为了解决在加大给料速度时中央扩散型喷嘴生产过程中存在冶炼不完全、气粒混合不佳等问题,采用Fluent 6.3.26建立中央扩散型喷嘴控制模型,实验验证模型的有效性,仿真研究分散风和给料速度变化对喷嘴出口附近区域流场、颗粒运动轨迹和颗粒浓度场等的影响.结果表明:仿真模型可靠,最大误差为6.3%.工艺风气流占主导作用时,颗粒分布集中于反应塔中心;分散风可调节炉内颗粒的分散及分布情状况,工艺风和中央氧环形气流下方颗粒分布较多;相同工艺风和分散风条件下,给料速度对炉内颗粒分散和分布状况影响较小.     

浆态床低压甲醇合成反应器的数模分析与设计(I)——催化剂颗粒床层轴向分布

本文对热模条件下的浆态床低压甲醇合成反应器进行了数模分析 ,通过模拟计算 ,重点讨论了温度、表观气速、颗粒直径、床层高度、催化剂浓度等主要参数与反应器内催化剂颗粒轴向分布的相互关系以及颗粒轴向分布对甲醇合成过程的影响 .模拟结果表明 ,颗粒直径、床层高度、催化剂浓度对催化剂的轴向分布影响较为显著 ;改善催化剂的轴向分布可明显提高甲醇合成速率     

浆态床低压甲醇合成反应器的数模分析与设计(Ⅰ)催化剂颗粒床层轴向分布

本文对热模条件下的浆态床低压甲醇合成反应器进行了数模分析,通过模拟计算,重点讨论了温度、表观气速、颗粒直径、床层高度、催化剂浓度等主要参数与反应器内催化剂颗粒轴向分布的相互关系以及颗粒轴向分布对甲醇合成过程的影响.模拟结果表明,颗粒直径、床层高度、催化剂浓度对催化剂的轴向分布影响较为显著;改善催化剂的轴向分布可明显提高甲醇合成速率.     

粗重颗粒在循环床提升管内的局部颗粒浓度分布

为研究颗粒物性对循环床提升管中气固动力学行为的影响 ,以空气 -沙子为气 -固体系 ,采用光纤探头测试了Φ 10 0mm× 10m循环床提升管中的局部颗粒浓度 ,并与FCC颗粒进行了对比。结果表明 ,粗重颗粒 (沙子 )无因次浓度的径向分布及其沿轴向的发展与细颗粒 (FCC)有明显的不同 ,重颗粒无因次浓度的径向分布沿轴向没有明确的相似性 ,环核流动结构也发生变化 ,其环区缩小 ,核心区扩展到边壁处附近。采用间歇指数 (IntermittencyIn dex)对提升管内气 -固混合程度进行的定量描述表明 ,随着床层高度的增加 ,间歇指数逐渐减小 ,径向分布更加均匀 ;在相同Gs1.2 /Gg2 .0 条件下 ,确定截面上间歇指数的径向分布基本一致。     

浆态床低压甲醇合成反应器的数模分析与设计（Ⅰ）—催化剂颗粒床层轴向分布

本文对热模条件下的浆态床低压甲醇合成反应器进行了数模分析,通过模拟计算,重点讨论了温度,表观气速,颗粒直径,床层高度,催化剂浓度等主要参数与反应器内催化剂颗粒轴向分布的相互关系以及颗粒轴向分布对甲醇合成过程的影响,模拟结果表明,颗粒直径,床层高度,催化剂浓度对催化剂的轴向分布影响较为显著,改善催化剂的轴向分布可明显提高甲醇合成速率。     

循环床气固提升管中颗粒浓度的轴向分布

以16m循环床提升管中气固两相流压力梯度的大量实验数据为基础,从能量耗散的观点分析研究了平均颗粒浓度的轴向分布特征及其操作条件的影响,并与相同条件下6m高提升管中颗粒浓度的轴向分布进行了对比。结果表明,加颗粒循环量Gs或减小表观气速Ug时,由于单位质量颗粒加速和输送的能量减少,提升管各高度位置的颗粒浓度εs增大,颗粒浓度的轴向分布亦更不均匀;提升管高度对平均颗粒浓度及其轴向分布具有显著影响,提升管高度增加,提升管各高度截面上的平均颗粒浓度减小,颗粒浓度的轴向分布也更加均匀,给定表现气速对应的颗粒饱和夹带量也将提高。     

提升管轻烃反应器流体力学性能研究

鉴于我国成品油市场柴油短缺,汽油烯烃高的特点,为灵活调变催化裂化柴汽比,并降低汽油烯烃含量,开发了一种新型的套管式提升管反应器形式.实验考察了餐管流化线速对内外管床层密度、固体颗粒速度的影响,研究了固体颗粒在内外管流量的分配关系.实验结果表明:采用该结构可以实现催化剂在内外管内流量的灵活调变,外环内催化剂质量流量百分比可以在24.5%～44.3%范围内调节.     

原油性质变化对我厂生产装置的影响（Ⅱ）：对催化裂化装置的影响及改善措施

详细分析了原料油性质变化对齐鲁石化公司胜利炼油厂第一套和第二套催化裂化装置、裂化催化剂活性与反应选择性、产品分布的影响,结果表明原料油性质变差,特别是重金属（Ｎｉ、Ｖ）、残炭值少,产品分布变差的主要原因,针对炼油厂的实际,对第一套催化裂化装置的反再系统进行了５项技术改造,使用双功能金属钝化剂。更换第二套催化裂化装置的裂化催化剂,使用功能金属钝化剂,试用催化促进剂。更换ＶＲＤＳ装置的第一反应器的催化     

NH3选择性催化还原NO数学模型

针对小型反应器内装填的整体式V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂上进行的NH3选择性还原NO的反应，建立了小型反应器内温度分布模型、浓度分布模型、催化剂用量的计算模型以及催化剂内部NO浓度的分布模型.应用所建模型，对反应器内的温度、浓度以及催化剂内的浓度分布进行了定量分析.结果表明，在不同进口温度下，反应器内温度沿反应器高度方向升高约30～50 K；催化剂厚度存在最佳值，该最佳值应综合考虑NO转化率和催化剂磨损等条件而定.试验结果表明，模型计算得到的理论值和试验数据具有良好的一致性.     

原油性质变化对我厂生产装置的影响(Ⅱ)——对催化裂化装置的影响及改善措施

详细分析了原料油性质变化对齐鲁石化公司胜利炼油厂第一套和第二套催化裂化装置、裂化催化剂活性与反应选择性、产品分布的影响,结果表明原料油性质变差,特别是重金属（Ｎｉ、Ｖ） 、残炭值和沥青质含量的增多,是导致裂化催化剂污染中毒,结焦量增多,微反活性与选择性下降以及轻油收率减少,产品分布变差的主要原因。针对炼油厂的实际,对第一套催化裂化装置的反再系统进行了５ 项技术改造,使用双功能金属钝化剂。更换第二套催化裂化装置的裂化催化剂,使用双功能金属钝化剂,试用催化促进剂。更换ＶＲＤＳ 装置的第一反应器的催化剂,改变级配,增加活性催化剂,第二反应器的第一床层撇顶３ ｍ ,改变部分催化剂的种类。采取这些改善措施,取得了较为明显的效果。     

基于高速摄像技术的气力提升性能分析

采用高速摄像系统对提升管内三相流运动状态进行拍摄,深入研究气-固-液三相流提升性能随运行参数变化的规律,并基于图像处理方法对管内流场结构和固相运动特征进行分析。结果表明：随气量值变化,提升管内流型呈周期变换,依次为稀疏型泡状流-密集型泡状流-泡状搅拌流-混合搅拌流-稀疏型泡状流,其中泡状搅拌流更利于固体颗粒的提升;相同气量值下,气力提升系统排固量、排液量和提升效率随淹没率的升高呈先增加后减小趋势;同工况下进气量对系统提升性能的影响大于淹没率,且存在最佳气量值使得系统提升效率最高;当气量值较低时,管内颗粒浓度低且多集中于管壁位置,随气量值增大颗粒向管中心运动,且此处颗粒运动速度和浓度值均较高;此外,随着进气量的变化,提升管内交替出现气-液两相流与气-液-固三相流,并且气量值的变化直接影响管内颗粒分布及其运动状态;与单颗粒相比,群颗粒作用下系统提升性能较高,且不同径向位置的颗粒速度并不对称于提升管中心线。     

绝热床中结炭B—02催化剂烧炭再生模拟研究

本文以工业两段绝热床中运行近4000h的已结炭B-02催化剂为研究对象,以曾得到的烧炭本征动力学模型为基础,考虑到内扩散的影响,建立了实际工业绝热床反应器烧炭再生过程的模型,并利用有限差分法求解。对两段绝热床及反应器分别进行计算机模拟,其结果表明:影响烧炭的主要因素有烧炭气体中氧的浓度,床层初始温度及气体质量流速,其中气流速度影响程度最大,而氧浓度影响最小。当烧炭气体的氧浓度和反应器的初始温度一定时,存在一临界气速;当氧浓度和气速一定时,存在一临界初始温度。只有当初始温度不超过临界值且气速不低于临界值时,才能进行安全烧炭再生。计算机模拟研究表明:利用空气进行安全烧炭是可行的。当床层初始温度为573K(结炭B-02催化剂起燃温度)时,在安全烧炭再生的气体质量流速下,烧炭期间床层最高温度低于723K。通过模拟求出了碳和氢的相对含量以及温度随时间变化及沿床层的分布;并对不同的炭烧出率所需烧炭时间也作了较为详细的讨论。     

循环流化床提升管内稠密固液湍流的流体动力学模拟

为揭示循环流化床内稠密固液两相流动特性,对反应器内稠密固液湍流进行了流体动力学模拟.在考虑颗粒碰撞的欧拉-欧拉双流体模型的基础上,通过研究相间拖拽力模型和颗粒碰撞恢复系数的影响,建立了描述循环流化床内稠密固液湍流的流体动力学模型,并利用模型预测了反应器提升管中高浓度颗粒速度、体积分数分布和湍流特性.预测结果与实验结果符合很好,表明理论模型和求解方法有效.     

下行床及提升管催化裂化数学模拟

该文提出了一维轴向扩散模型,并结合气固循环流化床中下行庆及提升管的基本流体力学规律与四集总反应动力学模型,对提升管及下行庆反应器用于瓦斯油催化裂化过程进行了模型。计算结果表明,气体轴向返混对汽油收率有很大影响,汽油收率对Ｐｅｃｌｅｔ准数在０．１￣１０００之间时产敏感。相同条件下,瓦斯油的转化率在Ｐｅ＝４（提升管）中比Ｐｅ＝１００（下行床）约低１０％。当瓦斯油的转化率提高时,气体轴向返混对汽油收率的     

气力提升管内流型识别的实验研究

以压缩空气、水和麦饭石陶瓷颗粒作为实验介质,利用高速摄像仪对气力提升管内的气液两相流流型及气液固三相流流型进行可视化分析识别。实验结果表明,采用高速摄像技术有效识别了气力提升管内的流型,观察到气液两相流中存在着4种流型:泡状流、弹状流、泡沫流、环状流。以气液两相流流型特征为基础参考,将观察到的气液固三相流流型归分为弹旋流、旋涡流、波浪流、聚泡流和环柱流5种。并对各流型间的转变机理进行了分析阐述。     

上行气固两相流充分发展段的摩擦压降

为确定气固提升管充分发展段的摩擦压降及其对颗粒浓度测试的影响,提出了充分发展段内气固两相流与管壁间摩擦压力降的计算模型,由此获得充分发展段内真实颗粒浓度的计算公式;同时在两套提升管实验装置上对压力梯度分布和局部颗粒浓度进行了系统测试和对比分析。结果表明,用压差法测试颗粒浓度时摩擦的影响不可忽略,尤其是在气速较高(Ug＞8 m/s）时,表观浓度比实际浓度高出30%～50%;采用建立的模型对表观浓度进行修正,获得的预测值与实际颗粒浓度吻合良好。