新型氣固流態(tài)化反應器結構研究.pdf

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

2、油大學(華東)重質油國家重點實驗室建設了內徑為20mm的小型提升管冷模裝置,詳細對比分析了變徑結構提升管內軸向和徑向多個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構對變徑結構提升管內氣固兩相流體流動的影響規(guī)律,并進一步探討了變徑結構提升管內結構參數(shù)對固含率的影響。
　　 變徑結構可以改善氣固兩相流動狀態(tài),降低兩相流體相互發(fā)生分離的趨勢,緩和顆粒相向邊壁聚集的趨勢,有利于形成均勻的氣固混合物。變徑結構提升管的各結構參

3、數(shù)對氣固兩相流的流動形態(tài)產生不同的影響,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:隨擴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；隨擴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；隨擴徑段長度的增加,擴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；隨擴徑段直徑的增加,擴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、邊壁處的固體顆粒滑落逐漸增強。與單一管徑提升管相比較,12mm和20mm內徑的變徑結構提升管都可以提高擴徑段下部固含率1倍以上。20mm內徑變徑提升管與采用結構相同的12mm變徑提升管相比,隨管徑的增加管中心處固含率會相應提高。利用實驗數(shù)據(jù)對小型變徑提升管內部固含率分布與軸向截面位置的關系進行了關聯(lián),該式定量反映了氣速、顆粒循環(huán)速率、顆粒物性等因素對擴徑段密相床固含率分布的影響,在不同氣速和顆粒循環(huán)速率下的固含率計算結果與實驗值吻合較好

5、,為變徑結構小型提升管循環(huán)流化床反應器的設計和應用提供了新的經(jīng)驗關聯(lián)式。
　　 相對于已有研究,小型提升管流態(tài)化裝置具有固含率高、顆粒團聚普遍、邊壁效應嚴重、流動受摩擦影響大等特點,直接利用已有的數(shù)值模擬模型進行計算的結果與實驗值有較大的差距,因此需要依據(jù)實驗結果對現(xiàn)有模型進行修正和完善。本文基于歐拉雙流體模型及顆粒動理學理論,通過調整模型參數(shù)設置,采用計算流體力學軟件FLUENT,利用三維氣固兩相流模型對提升管進行模擬,模擬結

6、果與實驗結果吻合較好,說明通過調整擬合參數(shù)所得到的三維氣固兩相流模型具有良好的預測性和可靠性。
　　 盡管變徑結構提升管具有固含率高、氣固混合物在縮徑段停留時間短等特點,但是固含率具有在擴徑段中降低較快的趨勢,使得很難在擴徑段上部為組合進料提供較高的固含率。本文提出了一種新的提升管反應器結構形式,在擴徑段中部設置一個催化劑進口,兩個催化劑進口通過閥門分別加以控制。實驗證明,雙催化劑進口提升管可以提高擴徑段中上部固含率30％以上,