气固下行床催化裂化反应过程实验研究

在小型循环下行床装置中使用大庆VGO原料和FCC平衡剂研究了下行床的催化裂化过程。通过对不同特征反应温度(400～600℃)和剂油比(7～30)的考察,发现随着特征反应温度的升高和剂油比的增加,汽油产率都存在极大值(分别为41 3%和40 5%),而气体产率则是单调增加,缓和操作条件下柴油产率有极大值27 5%,反应条件苛刻时呈单调下降。     

下行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在较宽的操作条件范围内采用光纤颗粒浓度探头测定了下行管(φ100 mm×9.5 m)充分发展段内的真实颗粒浓度,并结合文献上的大量实验数据,系统研究了操作条件、颗粒直径和床层直径对下行气固两相流充分发展段内真实颗粒浓度的影响.结果表明,当操作气速一定时,充分发展段内的颗粒浓度随着颗粒循环速率的增大而线性增加.颗粒直径对下行床充分发展段内颗粒浓度的影响随操作气速的增加而逐渐减弱.床层直径对下行床充分发展段内的颗粒浓度基本上没有影响.所提出的预测关联式能很好地拟合本文及文献上的实验数据.     

提升管和下行床在催化裂化过程中的比较

在综合考虑流动、反应、传质的基础上,建立了适用于模拟提升管和下行床反应器中催化裂化过程的二维返混模型,并利用正交配置法进行数值求解,得到了各产物在两种反应器内的不同浓度分布规律。这处结果源于两者流动结构和混合状况的差异。和提升管相比,由于下行床内的气固两相流动更接近平推流,气固速度和颗粒浓度径向分布均匀,气固轴向返混小,因而可得到更高的汽油收率。     

螺杆式固体物料输送装置应用于下行床入口的小型实验

将螺杆式进料器应用于下行床热态小试实验装置的入口进行催化剂的输送,考察了出入口压差、下行风量、温度等因素对输送速率的影响. 结果表明,可以通过调节顶部压力比较灵活地控制进料速率.     

Bed-to-wall heat transfer in a downer reactor

The effects of superficial gas velocity (0.5 to 4.5 m/s), solid circulating rate (0 to 40 kg/m²·s), suspension density (0 to 19 kg/m³) and particle sizes (83, 103, 163, 236 μm) on the bed-to-wall heat transfer coefficient have been determined in a downer reactor (0.1 m I. D. × 3.5 m high). Bed-to-wall heat transfer coefficient increases with increasing suspension density. The heat transfer coefficient by gas convection played a significant role, especially at lower solid circulation rates or suspension densities and larger particle sizes. At a given particle suspension density in the downer reactor, the heat transfer coefficient increases with decreasing particle size. A model is proposed to predict the bed-to-wall heat transfer coefficient in a downer reactor.     

Comparison of Downer and Riser Based Fluid Catalytic Cracking Process at High Severity Condition: A Pilot Plant Study

Abstract

Integration of refining and petrochemicals offers economic benefits to both the industries. Converting low value refinery products to high value petrochemicals require novel processes and extra investment. Though FCC is not a new process to the refining industry, it still has a potential for modification to enhance light olefins demanded by reformulated gasoline and the petrochemical industry. In this article a novel, High Severity FCC process based on the downer reactor is presented. Supported by the pilot plant study and comparison with riser, it is shown that the downer FCC reduces backmixing, which is the main cause of gasoline overcracking. Reduction of backmixing reduces coke and dry gas formation, resulting in increased yield of gasoline. Despite the operation at higher temperature, there is reduction in the thermal cracking. Though the light olefins yield is lower in case of downer, the total yield of useful products (gasoline + light olefins) is higher in downer as compared to the same from a riser. The increased yield of gasoline from downer can be converted to light olefins by using ZSM-5 based additives.     

气固顺逆重力场流态化特征分析

气固并行顺重力场与逆重力场流动形成了迥然不同的流态化机制 :下行床中 ,局部颗粒的聚集会使局部颗粒及气体速度增大 ,而局部气体速度的增大又会破坏颗粒的聚集 ;提升管中因气固逆重力场流动 ,颗粒的聚集会使局部气体及颗粒速度降低 ,而这种降低又会加重颗粒的聚集。与提升管相比 ,下行床具有气固速度和颗粒含率径向分布均匀和气固停留时间短以及返混小等特点 ,其流型更接近平推流     

操作条件对下行床油剂混合区液固接触的影响

利用由催化剂染色法和模式识别法结合微观成像系统组成的定量测量系统分别考察了下行风、剂油比和气液比等操作条件对油剂接触效果的影响程度。其中剂油比对油剂接触效果的影响最大；下行风的增加会造成油剂接触效果变差：随着剂油比的增加着色率和深度染色率均下降并存在一个明显的拐弯点(当剂油比等于25时)，油剂接触效率随着剂油比的增大呈上升趋势。气液比对油剂接触的影响较复杂，受剂油比的影响较大，着色率和深度染色率在不同剂油比下的变化趋势不同。因此在下行风较低、采用符合反应要求的剂油比和与此剂油比相匹配的最优的气液比时能达到较为理想的油剂接触效果。     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降

在较宽的操作条件范围内系统测试了下行床床层压力降,获得气固两相流与管内壁间的摩擦压降,提出了下行气固两相流与管壁间摩擦压降的计算模型。结果表明,在下行床的充分发展段,气固两相流与管壁间的摩擦导致表观颗粒浓度显著小于真实颗粒浓度;当表观气速大于8 m·s^-1时,气固两相流与管壁间的摩擦压降接近甚至超过气固两相流重力产生的静压降。在采用压差法测试下行床中的平均颗粒浓度时,如忽略气固两相流与管壁间的摩擦,则可能导致显著的偏差。下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降主要来自于颗粒与管壁间的摩擦。颗粒直径对气固两相流与管壁间摩擦压降的影响随着操作气速的提高逐渐减弱。采用提出的摩擦压降模型对表观颗粒浓度进行修正后,预测值与实验值吻合较好。