新型氣固流態(tài)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氣固循環(huán)流化床在化工工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,采用提升管作為反應(yīng)器的催化裂化更是在煉油工業(yè)中具有舉足輕重的地位,反應(yīng)器作為其中重要的影響因素,也日益受到重視。提升管反應(yīng)器在實(shí)際生產(chǎn)中存在著固含率較低、停留時(shí)間難以控制等缺點(diǎn),難以滿(mǎn)足催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴所需要的工藝條件,從而限制了提升管反應(yīng)器更廣泛的應(yīng)用。因此,需要開(kāi)發(fā)新型結(jié)構(gòu)的提升管,來(lái)滿(mǎn)足催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴工藝所要求的大劑油比和合適停留時(shí)間等反應(yīng)條件的要求。
　　 本文在中國(guó)石

2、油大學(xué)(華東)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)了內(nèi)徑為20mm的小型提升管冷模裝置,詳細(xì)對(duì)比分析了變徑結(jié)構(gòu)提升管內(nèi)軸向和徑向多個(gè)高度截面上的局部固含率和速度分布,深入研究了提升管幾何結(jié)構(gòu)對(duì)變徑結(jié)構(gòu)提升管內(nèi)氣固兩相流體流動(dòng)的影響規(guī)律,并進(jìn)一步探討了變徑結(jié)構(gòu)提升管內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)固含率的影響。
　　 變徑結(jié)構(gòu)可以改善氣固兩相流動(dòng)狀態(tài),降低兩相流體相互發(fā)生分離的趨勢(shì),緩和顆粒相向邊壁聚集的趨勢(shì),有利于形成均勻的氣固混合物。變徑結(jié)構(gòu)提升管的各結(jié)構(gòu)參

3、數(shù)對(duì)氣固兩相流的流動(dòng)形態(tài)產(chǎn)生不同的影響,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:隨擴(kuò)徑段底部錐角的增加,截面平均固含率提高,顆粒返混加劇,中心處的固含率有所下降,徑向不均勻性增強(qiáng)；隨擴(kuò)徑段頂部錐角的增加,中心處的固含率基本不變,但是近邊壁處顆粒與錐角發(fā)生碰撞向下發(fā)生滑落,徑向不均勻性增強(qiáng)；隨擴(kuò)徑段長(zhǎng)度的增加,擴(kuò)徑段的截面平均固含率上升,顆粒返混程度增加,徑向不均勻性有所減弱；隨擴(kuò)徑段直徑的增加,擴(kuò)徑段的截面平均固含率上升,提升管截面中心處的固含率提高,

4、邊壁處的固體顆?；渲饾u增強(qiáng)。與單一管徑提升管相比較,12mm和20mm內(nèi)徑的變徑結(jié)構(gòu)提升管都可以提高擴(kuò)徑段下部固含率1倍以上。20mm內(nèi)徑變徑提升管與采用結(jié)構(gòu)相同的12mm變徑提升管相比,隨管徑的增加管中心處固含率會(huì)相應(yīng)提高。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)小型變徑提升管內(nèi)部固含率分布與軸向截面位置的關(guān)系進(jìn)行了關(guān)聯(lián),該式定量反映了氣速、顆粒循環(huán)速率、顆粒物性等因素對(duì)擴(kuò)徑段密相床固含率分布的影響,在不同氣速和顆粒循環(huán)速率下的固含率計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合較好

5、,為變徑結(jié)構(gòu)小型提升管循環(huán)流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了新的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。
　　 相對(duì)于已有研究,小型提升管流態(tài)化裝置具有固含率高、顆粒團(tuán)聚普遍、邊壁效應(yīng)嚴(yán)重、流動(dòng)受摩擦影響大等特點(diǎn),直接利用已有的數(shù)值模擬模型進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值有較大的差距,因此需要依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行修正和完善。本文基于歐拉雙流體模型及顆粒動(dòng)理學(xué)理論,通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)設(shè)置,采用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,利用三維氣固兩相流模型對(duì)提升管進(jìn)行模擬,模擬結(jié)

6、果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,說(shuō)明通過(guò)調(diào)整擬合參數(shù)所得到的三維氣固兩相流模型具有良好的預(yù)測(cè)性和可靠性。
　　 盡管變徑結(jié)構(gòu)提升管具有固含率高、氣固混合物在縮徑段停留時(shí)間短等特點(diǎn),但是固含率具有在擴(kuò)徑段中降低較快的趨勢(shì),使得很難在擴(kuò)徑段上部為組合進(jìn)料提供較高的固含率。本文提出了一種新的提升管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式,在擴(kuò)徑段中部設(shè)置一個(gè)催化劑進(jìn)口,兩個(gè)催化劑進(jìn)口通過(guò)閥門(mén)分別加以控制。實(shí)驗(yàn)證明,雙催化劑進(jìn)口提升管可以提高擴(kuò)徑段中上部固含率30％以上,