甲醇制烯烴流化床反應器內顆粒擴散系數(shù)研究.pdf

1、甲醇制烯烴技術已成為我國低碳烯烴生產的重要技術路線。甲醇制烯烴反應器內催化劑顆粒的擴散運動與反應器內氣泡、顆粒聚團等非均勻結構密切相關，影響了催化劑在反應器內的停留時間分布，對催化劑積碳量的調控以及產物選擇性的提高有重要影響。因此對甲醇制烯烴反應器內催化劑顆粒的擴散系數(shù)進行研究是甲醇制烯烴反應器設計和優(yōu)化的重要依據(jù)。
　　湍動流化床反應器是甲醇制烯烴工業(yè)裝置常用的反應器。本文基于隨機游走理論，針對湍動流化床反應器，將圖像處理技術、

2、光纖成像技術與顆粒擴散系數(shù)的研究相結合，建立了基于圖像法的湍動流化床顆粒擴散系數(shù)研究方法。該方法通過高速相機記錄流化床內顆粒的連續(xù)運動圖像，利用互相關圖像處理技術得到顆粒的位移，最終結合顆粒擴散的隨機游走理論得出顆粒的平均擴散系數(shù)。
　　針對甲醇制烯烴SAPO-34催化劑設計并搭建了二維及三維冷態(tài)湍動流化床實驗臺。首先利用非接觸式圖像法在二維湍動床實驗臺上采集壁面附近的顆粒運動圖像，驗證了基于非接觸式圖像法的顆粒擴散系數(shù)研究方法的

3、可行性，進而利用光纖內窺探頭采集三維冷態(tài)流化床內部的顆粒運動圖像，驗證了基于光纖式圖像法的顆粒擴散系數(shù)研究方法的可行性。兩種方法互相補充，對湍動床內不同位置的顆粒擴散運動進行了研究，共同構建了基于圖像法的顆粒擴散系數(shù)研究方法。
　　通過操作氣速的改變及對平均粒徑70μm、80μm和100μm三種SAPO-34顆粒的擴散系數(shù)的研究，分析了操作氣速及顆粒粒徑對顆粒平均縱向擴散系數(shù)和橫向擴散系數(shù)的影響，并通過與其他文獻的對比證明了基于圖

4、像法的顆粒擴散系數(shù)研究方法的可行性。實驗計算得到的湍動床顆粒平均縱向擴散系數(shù)普遍在10-2m2/s至10-1m2/s量級，顆粒平均橫向擴散系數(shù)多在10-3m2/s至10-2m2/s量級。該結果與相關文獻報道的結果基本一致。湍動床內顆粒縱向擴散系數(shù)和橫向擴散系數(shù)均隨著流化風速的上升而增大，相同操作條件下粒徑較小的顆粒混合和擴散更加強烈，這一趨勢也得到了相關文獻的證實。
　　與其他方法相比，基于圖像法的湍動床顆粒擴散系數(shù)研究方法操作規(guī)