提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟Ⅳ.进料段消除回流的数值模拟

由已建立的催化裂化提升管反应器流动反应模型及其程序对提升管反应器进料段改进操作、优化流动状况等方面进行了数值模拟研究，从气固两相流动机理对提升管进料段内的流动状态进行了分析，从而可定量地掌握这一过程操作改进的实质。结果表明，提高预提升蒸汽量，可改善提升管反应器进料段内的流动状态。优化气固两相的接触，减少回流引起的油气与催化剂的返混，且随着预提升蒸汽量的提高，轻质油收率增加，气体和焦炭产率下降，产物分布得到改善。     

提升管反应器气固两相流动反应模型及数值模拟：IV.进料段 …

由已建立的催化裂化提升管反应器流动反应模型及其程序对提升管反应器进料段改进操作，优化流动状况等方面进行了数值模拟研究，从气固两相流动机理对提升管进料段内的流动状态进行了分析，从而可定量地掌握这一过程操作改进的实质，结果表明，提高预提升蒸汽量，可改善提升管反应器进料段内的流动状态，优化气固两相的接触，减少回流引起的油气与催化剂的返混，且随着预提升蒸汽量的提高，轻质油收率增加，气体和焦炭产率下降，产物     

逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布

优化现有的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段结构,将进料喷嘴倾斜向下与内径变化相耦合。通过大型冷模实验装置,考察了在逆流变径耦合催化裂化提升管进料段不同轴向高度,固含率和颗粒速度的径向分布及操作条件对其产生的影响,并分别与前人所用的同径结构内的分布结果进行比较。结果表明,与对应的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段同径结构相比,变径结构进料段内,射流控制区域范围约缩短45.2%,且变径结构进料段内局部固含率分布更加均匀,有利于油、剂两相均匀混合。在实验操作范围内,提高预提升气速和适当提高进料喷嘴气速可使催化剂颗粒在径向分布更加均匀。     

抗滑落提升管反应器流体力学性能的研究

针对传统提升管内固体催化剂颗粒的轴向返混现象 ,提出了一种抗滑落提升管反应器的结构形式 ,试验测量了提升管反应器气固两相流动特性、空隙率分布及固体颗粒速度径向分布。结果表明 ,抗滑落提升管反应器结构具有一定减弱固体催化剂轴向滑落的效果 ,抗滑落提升管预提升段固体颗粒浓度呈中心浓边壁稀分布 ,且催化剂颗粒速度径向分布较平缓 ,中心区域与边壁区速度之比约为 2～ 3倍。     

变径提升管反应器扩径段内气固流动特性研究

在变径提升管冷模装置上,以空气和催化裂化平衡剂为介质,考察了颗粒浓度的轴径向分布情况,并对扩径段内的微观流动特性进行了分析。结果表明,变径提升管内颗粒浓度整体上呈“上稀下浓”的分布形式,且沿轴向高度径向不均匀指数逐渐减小。与传统提升管底部相比,扩径段内颗粒浓度及间歇性指数显著增大,且沿径向分布更均匀,说明气固作用力显著增强,并且气固微观流动行为沿径向变化梯度减小。气固微观流动行为受反应器结构影响显著,变径提升管扩径段内气固流动行为类似湍流床,颗粒浓度波动幅度大,频率高,稀相和浓相分布相对均匀,有利于强化气固两相的接触及混合过程。     

提升管反应器气固两相流动反应模型与数值模拟：Ⅱ.工业提 …

应用本文（Ｉ）建立的提升管反应器气固两相流动反应模型。对工业催化裂化提升管反应器中流动、传热、裂化反应进行了系统的数值模拟，得到了提升管内部气固两相的流场、温度场、浓度等详细的信息；揭示了提升管内部流动、传热与反应的基本性质与特点。模拟结果表明，在轴向、径向和圆周切线方向都存在着流动、传热与反应的不均匀分布；进料段是整个提升管反应器最复杂的部分，提升管出口处反应温度和气相组分浓度的模拟计算值和工业     

催化裂化提升管新型预提升器的开发

新型提升管反应器采用提升管底部设扩大段 ,扩大段内设内输送管的新结构代替传统的直筒式提升管反应器。通过改变催化剂的流动轨迹达到改善气固接触效率的目的。合理设计的内输送管、流化蒸汽与提升蒸汽可使催化剂的循环量增加 ,轻质油收率提高 ,系统压力、密度波动及振动减少 ,系统设备结焦减少 ,同时可提高装置的操作弹性。该技术已在不同规模的催化裂化装置上得到应用。以锦西炼油化工总厂Ⅱ套 0 .80Mt/a催化裂化装置为例 ,应用新型预提升器以后 ,轻质油收率提高 1.1个百分点 ,直接经济效益 2 5× 10 6 RMB $ /a     

18m高密度循环流化床提升管反应器内气-固流动轴向分布特性

以18m提升管反应器为研究对象,基于压力数据研究了提升管内的气-固流动轴向分布特性。该18m实验装置操作弹性较大,当表观气速为5~9m/s时,颗粒循环速率可以在150~550kg/(m~2·s)之间控制操作。在表观气速为5m/s,颗粒循环速率达到400kg/(m~2·s)以上时,提升管反应器所有轴向高度的平均固含率均在0.1以上,表明整个提升管反应器达到了高密度操作状态。提升管内固含率的轴向分布呈指数型分布特点,与多段式分布特性存在一定的差异。此外,系统研究了操作条件对固含率轴向分布的影响。结果表明,颗粒循环速率的增加或表观气速的降低,均有助于提高提升管内各截面的固含率。     

提升管反应器气固两相流动反应模型与数值模拟 Ⅱ.工业提升管反应器气固两相流动反应的数值模拟

应用本文（Ⅰ）建立的提升管反应器气固两相流动反应模型，对工业催化裂化提升管反应器中流动、传热、裂化反应进行了系统的数值模拟，得到了提升管内部气固两相的流场、温度场、浓度场等详细的信息；揭示了提升管内部流动、传热与反应的基本性质与特点。模拟结果表明，在轴向、径向和圆周切线方向都存在着流动、传热与反应的不均匀分布；进料段是整个提升管反应器最复杂的部分，提升管出口处反应温度和气相组分浓度的模拟计算值和工业装置数据基本吻合。说明模型对工业提升管反应器内的流动、传热和反应都具有较好的预测性，这在一定程度上也验证了它的合理性和可靠性。     

催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟Ⅲ.流动传热及反应的数值模拟

在对工业提升管反应器气液固３ 相系统的数值模拟,得到原料液雾流动与气化状况的基础上,获得了气固两相的速度场、温度场和浓度场的详细信息, 并与两相模型的相应结果进行了对比。模拟结果表明, 提升管下部是最复杂的部分,气固两相流场、湍动能以及催化剂颗粒浓度场在轴向、径向和圆周方向都存在着较大的梯度。气固两相温度分布在３ 个坐标方向上是非常不均匀的, 但两相温差除喷嘴附近外均较小,反应结果表现出类似的不均匀分布形态。出口处反应温度和气相各组分浓度的计算值与工业数据吻合较好,说明模型对工业催化裂化提升管反应器流动反应状况的良好预测性,也验证了本研究的合理性和可靠性。与两相模型的结果对比发现, 各物理量的空间分布形态基本一致, 但在进料区域因对进料的模化方法不同而有一定差异。由于３相模型较真实地体现了原料气化过程及其影响,且出口计算结果更接近工业数据,故其预测性、合理性和可靠性都优于气固两相流动模型。     

超短接触时间催化裂化反应器的开发及实验研究

根据超短接触时间催化裂化工艺的特点，开发了具有新型原料雾化和剂、油接触方式的下行式反应器。冷模实验结果表明，该反应器的剂、油初始接触区具有较高的催化剂质量浓度；通过在催化剂提升区设置开孔板形内构件，可以改善催化剂提升区床层上部催化剂的流化状态，从而有效地抑制催化剂返混。下行管内催化剂的速度和浓度分布的均匀性均明显优于提升管；降低下行管表观气速或加大催化剂循环强度有利于提高下行管内催化剂质量浓度，但同时也会增加催化剂在下行管内分布的不均匀性。     

重油催化裂化工业提升管内反应历程的实验模拟

利用XTL-5型小型提升管催化裂化反应装置,对工业提升管内的渣油催化裂化反应历程进行了实验模拟,得到了工业提升管不同高度位置的产品分布、产品选择性分布以及催化剂积炭量的变化规律。同时还分析了提升管内的二次反应强度的变化。结果表明,催化裂化一次反应主要在提升管中下部完成,在提升管上部存在明显的二次反应;催化剂积炭量由油剂瞬间接触后的一个很高的值,迅速降低,然后又逐渐上升。研究结果也说明了所采用的实验模拟方法和手段是可行的。     

用于轻烃裂化的套管式提升管反应器

为灵活调变催化裂化柴汽比，并降低汽油烯烃含量，设计了一种用于轻烃裂化的新型套管式提升管反应器。通过冷模试验考察了外管流化线速对内外管催化剂床层密度、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。试验结果表明：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可以在24．5％～44．3％范围内调节。     

搅拌式环己酮氧化反应器的CFD分析

采用CFD数值模拟技术,基于RNG k-ε方程和欧拉多相流模型,对环己烷氧化生产环己酮装置中的搅拌鼓泡式氧化反应器进行了全尺寸的数值模拟,研究了液体进料位置、空气分布器结构,对反应器内部流动状况、气体分布和温度分布的影响.结果表明,原反应器设计存在液体入口堰位置偏高、冷烷进料位置不佳、空气分布器结构不甚合理及搅拌效果不良的问题.根据研究结果对反应器整改后,反应效果显著改善,较开车初期单耗降低100～130 kg/t.     

两段提升管催化裂解多产丙烯催化剂LCC-300的性能研究

以大庆常压渣油为原料,在单段提升管反应装置上模拟两段提升管催化裂解工艺,对配套多产丙烯催化剂LCC-300的反应性能进行了评价。结果表明,在丙烯收率高达22．27％的情况下,总液体收率为80．08％;所产汽油中烯烃体积分数为13．48％,芳烃体积分数为59．44％,可作为高辛烷值汽油的调和组分。     

FCC废催化剂的复活效果研究

在非缓冲体系中用有机配位反应法对FCC废催化剂进行复活。研究发现，复活后催化剂的结构进行了重构，与废催化剂相比其结晶度提高，孔隙更加发达，比表面积大幅度增加；同时，Ni、V的脱除率为30％左右。复活后催化剂的反应性能在标准微反和固定床反应器上进行了评价，微反活性提高10个百分点以上，并且拥有良好的产品分布。中试产品的反应性能评价在提升管反应器上进行32h，复活后催化剂的转化率明显提高，对汽油和液化气有良好的选择性，并且拥有较好的抗积炭能力。     

矢量优化技术在FCC进料喷嘴开发中的应用(Ⅰ)——"外部矢量"的优化

采用大型冷模实验,结合多种现代多相流测试技术,考察了FCC提升管内催化剂和原料油的流动、混合状况.通过引入4个新参数:射流相无量纲特征浓度(反映射流的扩散速度)、颗粒密度分布均匀性指标(反映催化剂颗粒分布的均匀程度)、颗粒相返混比(反映催化剂颗粒的返混)和特征浓度剂油比(反映剂油的浓度"匹配"),定量比较了不同喷嘴出口...     

分层注入催化剂对FCC提升管流动特性的影响

在FCC提升管流化床冷模实验装置上,以空气-FCC催化剂两相体系为研究对象,在不同的操作条件下分别考察了在提升管不同高度分层注入催化剂对提升管内催化剂流动特性的影响。结果表明,注料影响区域在注料入口至其上下部0.3～0.5 m内,在提升管一定高度处注入催化剂可明显改善提升管轴向催化剂密度、径向催化剂密度和径向催化剂颗粒速度分布的均匀性,尤其是在r/R<0.6的中心区域,这种改善表现尤为明显。两点同时注入催化剂对提升管内催化剂流动特性的改善效果较单点注入催化剂的改善效果更加明显。     

RFCC过程干气和焦炭的生成规律及减少其产率的研究

采用连续反应-再生催化裂化中型实验装置研究了重油催化裂化提升管反应器内干气与焦炭的生成规律。结果表明,干气和焦炭的生成主要发生在提升管反应器底部的油剂混合反应初期,而提升管反应器后半段的催化剂整体活性状况及高温反应环境对干气和焦炭的生成也存在一定的影响;而降低再生剂温度、提高剂/油质量比、减少再生剂与原料油接触温差有利于降低干气与焦炭产率,在相同转化率下可以获得更高的轻质油收率和液收率。     

CFX软件模拟气升式环流反应器的研究

选用气-液两相气升式环流反应器为研究对象,采用双流体模型(即欧拉-欧拉多流体模型)描述气液两相流动过程。利用ICEM CFD软件对气升式环流反应器进行"O"型网格划分,并用CFX-10.0软件对模型方程进行求解,得到了包括气液两相速度场、局部气含率分布等参数。通过改变升流管高径比,考察升流管高度对气含率和液相速度的影响,在此基础上对气升式环流反应器的结构进行改进。