循环流化床中颗粒振荡循环现象的实验研究

颗粒的循环特性是循环流化床研究的重点及热点之一,在建立颗粒循环时,颗粒循环由非稳态向稳态过渡。本文在循环流化床实验装置中,采用摄像法和压力检测法研究了不稳定颗粒循环条件下颗粒流动结构和各段压降的变化情况。首次发现了不稳定颗粒循环状态下的颗粒振荡循环现象及其具有的两个特征:下降段、提升段气固流动结构呈周期性变化;下降段压降p_d和提升段压降p_r周期性波动且p_d>p_r和p_dr交替出现。进一步对颗粒振荡循环过程进行受力分析,建立了颗粒振荡周期的计算公式。研究还发现在颗粒藏量一定的条件下,循环气流量或颗粒循环段阀门开度大于某一临界值时才能诱发颗粒振荡循环;颗粒振荡循环周期随着循环气流量的增大而增大,与阀门开度无关。研究结果为动态颗粒循环建立过程的研究奠定了基础,有助于快速地建立颗粒的稳定循环。     

射流鼓泡反应器的混合特性

射流鼓泡反应器以液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,研究其混合特性对于反应器的设计、优化及放大具有重要意义。以空气-水作为模拟介质,采用KCl电解质溶液为示踪剂考察了表观气速和射流Reynolds数的大小对液相宏观混合时间的影响,并从能量输入的角度对射流鼓泡反应器的混合机制进行分析。研究发现,在实验条件下(表观气速变化范围为0.0006～0.0343 m·s^-1,射流Reynolds数的变化范围为1.75×10⁴～7.00×10⁴),鼓泡的加入使得均相射流反应器内的液相混合得到改善;随着表观气速增大,液相宏观混合时间先缩短后延长;当气体输入功率或液体输入功率不变时,混合时间随总输入功率的增大而缩短。通过对多组实验数据的回归分析,提出了液相宏观混合时间与液体输入功率和气体输入功率的经验关联式,计算值与实际值吻合较好。最后基于提出的关联式,发现当总输入功率一定时,混合时间随气体输入功率的增加先缩短后延长,临界转变点在气体输入功率为总功率的61%处,此时气液两相协同作用最强。     

甲醇制丙烯反应催化剂积炭行为的原位漫反射红外光谱研究

基于催化剂固体表面吸附态物种产生不同红外信号的机理,借助原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究甲醇制丙烯（MTP）反应催化剂在不同操作条件下的积炭行为,分别考察了54种不同性质的ZSM-5催化剂在不同反应温度的甲醇制丙烯（MTP)反应中的积炭历程。实验结果表明,随着反应温度的升高或反应时间的延长,催化剂上积炭组分中多环芳烃等重组分比例均提高。磷改性或水热处理使催化剂的孔道结构、酸性位点及其分布发生改变,从而使催化剂上积炭物质的种类增多,多环芳烃等重组分比例升高。相同操作条件下,催化剂强酸位的酸强度越高,其积炭量越大,并在反应后期积炭速率相对较快。     

气相流化床聚乙烯颗粒粒径分布模型的研究

气相法流化床聚乙烯生产过程中,聚乙烯颗粒粒径分布影响聚合速率、脱挥速率、后处理工序生产成本和最终的聚乙烯物性。为预测流化床中聚乙烯的粒径分布,考察各操作变量和动力学参数对粒径分布的影响,运用了质量衡算的方法,在综合分析聚合过程中聚乙烯颗粒的生长、磨损和扬析等行为的基础上,建立了稳态操作时聚乙烯颗粒粒径分布预测模型。模型计算结果表明,当单一粒径催化剂进料时,随着催化剂粒径或是操作气速的增大,聚乙烯粒径分布向大粒径方向偏移,且分布变宽;相比于操作气速,催化剂粒径作用更为显著。同时发现,床层压力和温度对聚乙烯粒径分布的影响很小。在催化剂粒径有分布的情况下,不同粒径催化剂的质量比不但影响树脂的平均粒径,而且也影响树脂的粒径分布曲线,并在一定的配比下会出现双峰颗粒粒径分布曲线。最后,对某聚乙烯厂家的流化床反应器的聚乙烯颗粒粒径分布进行了模拟计算,计算结果与实验数据基本一致,说明该模型较好反映了气相流化床反应器的反应历程和规律,具有良好的工业应用前景。     

煤中伴生矿物的摩擦荷电特性

根据煤粉中煤和伴生矿物的摩擦荷电特性来设计摩擦荷电系统,使煤和伴生矿物充分异性荷电,是强化煤粉摩擦荷电过程、提高分选效率的关键。以石英、高岭土、方解石这3种煤粉中的主要伴生矿物作为研究对象,利用铜管中气力输送过程使颗粒摩擦荷电,并使用法拉第筒和静电计测量铜管出口颗粒的荷电量,研究了气速、给料速度、管道长度对其摩擦荷电特性的影响。结果表明,石英、高岭土、方解石与铜管摩擦均带负电;各伴生矿物的荷质比均随气速增大而增大,随给料速度增大而减小,随管道长度增加而增加;相同实验条件下,方解石与铜管摩擦后荷质比最大,高岭土荷质比次之,石英荷质比最小,功函数大小为方解石>高岭土>石英>铜。基于连续碰撞荷电机理,同时考虑气速、给料速度、管道长度的影响,建立了稀相气力输送过程颗粒摩擦荷电模型。3种伴生矿物颗粒荷质比的模型计算值与实验值的相关系数均大于0.95,平均相对偏差均小于10%。实验结果表明模型具有较高的预测精度,可以为摩擦荷电系统的设计提供指导。     

数学规划与图形方法相结合设计热集成用水网络

将数学规划法与图形方法相结合探究单杂质用水网络与换热网络的集成问题。首先构建混合整数非线性规划模型（MINLP）,在最小公用工程消耗下优化流股参数未知情况下的分离系统组合曲线面积,得到了最为节能、换热面积最小的用水网络结构。在此基础上,提出了新的分离系统组合曲线演化步骤和规则,可以得到换热单元数目较小的换热网络结构。算例表明,与现有的基于分离系统的热集成用水网络设计方法相比,在最小化公用工程用量的同时可以进一步降低换热器数目与总换热面积。     

甲醇制丙烯工艺路线技术经济分析

以49万t规模甲醇制丙烯(MTP)流程为研究对象,考察了高温醚化+前脱丁烷、高温醚化+前脱丙烷、低温醚化+前脱丁烷、低温醚化+前脱丙烷4种技术组合的经济性能。在4种技术组合中,低温醚化+前脱丙烷的技术组合能耗(502 MW)、公用工程费用(加热冷却公用工程费用622×108 RMB yuan/a),CO2排放量（2023×109 kg/a）,〖JP〗能效(07107)等指标更优,更具有竞争力。产品分离过程的能耗占全流程能耗的50%以上,因此分离单元的优化改进是提高甲醇制丙烯流程能效的关键。     

聚丙烯卧式搅拌床反应器料面倾斜角的声发射检测

采用声发射检测技术测量聚丙烯卧式搅拌床反应器的料位分布,从而确定其料面倾斜角。在冷模装置中系统考察了加料系数、搅拌转速、粉料性质以及底部循环气对料面倾斜角的影响。实验结果表明,加料系数、粉料性质和搅拌转速决定料面倾斜角的大小,而底部循环气无影响。在此基础上,通过引入加料系数、速度数、加料数等无因次变量,建立了料面倾斜角的预测模型,其预测结果相对误差不超过4%,可用于聚丙烯卧式搅拌床反应器料面倾斜角的计算。     

面向CO2分离的膜-深冷耦合过程优化

二氧化碳的分离与纯化是当前的研究热点,而随着环保要求的提高,传统单一的分离手段难以满足行业要求,多种分离方法的集成逐渐得到研究者的重视。以整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）流程中二氧化碳的分离与回收环节为例,在流程模拟的基础上,拟合出该体系状态方程的多项式形式。进一步,构建耦合膜-闪蒸超结构数学模型,在设定最低产物纯度和回收率的情况下,以最小化年度费用为目标,筛选出最优的分离序列。     

氢气振荡操作生产双峰聚乙烯的模拟

在单一工业气相流化床反应器内，提出以氢气振荡为操作手段制备双峰聚乙烯树脂的方法.研究了3种对氢敏感程度不同的茂金属催化剂Cp*2ZrCl2、(Ind)2ZrCl2和Cp(Ind)ZrCl2在反应器中的聚合动力学行为，以Flory分布函数描述单活性中心的相对分子质量分布.模拟结果表明，在氢气的振荡操作下可获得相对分子质量呈双峰分布的聚乙烯树脂；振荡的可操作性与催化剂的氢转移速率常数ktrH和相对氢转移速率常数（氢转移速率常数ktrH和链增长速率常数kp之比）密切相关，ktrH/kp和ktrH越大，树脂相对分子质量分布越容易通过改变氢气浓度来调节；氢气浓度切换所需时间越短，振荡操作生产双峰聚乙烯越容易实现.