Geldart C类脱硫灰颗粒在环流耦合提升管内稳定流动特性

我国CO_(2)的排放中70%来自工业领域,故工业过程的碳捕集对实现“双碳目标”十分关键。工业烟气中往往含有的硫氧化物会腐蚀设备并使后续脱碳等过程使用的催化剂中毒。因此,工业烟气的深度脱硫技术对后续的CO_(2)捕集或提纯过程至关重要。循环流化床半干法烟气脱硫因具有脱硫效率高、无污染、停留时间可控等优点受到广泛关注。循环流化床脱硫工艺中作为脱硫剂的脱硫灰颗粒为典型Geldart C类颗粒。由于C类颗粒的强黏附性,其在循环流化床操作中容易结块,从而影响装置稳定运行。为了强化脱硫灰颗粒在循环流化床内的流动稳定性,提出了环流强化的耦合提升管反应器的概念,并自行设计搭建了一套导流筒内径100 mm、高度300 mm,外筒内径160 mm、高度760 mm,输送段内径75 mm、总高度12.6 m的环流耦合提升管。在U_(g)=4 m/s、G_(s)=45 kg/(m^(2)·s),U_(g)=7 m/s、G_(s)=25 kg/(m^(2)·s)的操作条件下,考察了环流段的压力分布、标准差以及功率谱密度。当环隙区气速为0.4 m/s时,环流流动能够实现稳定、连续的密相环流流动。在C类颗粒形成稳定流动基础上,讨论了环流耦合提升管内的流动特性分布规律,包括固含率和颗粒速度。实验发现,环流流动的设计可以强化C类颗粒的流动特性,大幅提高耦合反应器内C类颗粒脱硫灰固含率,并实现了C类颗粒循环流态化装置的稳定运行。同时,这些研究结果可以为C类颗粒新型循环流态化反应器设计提供参考。

不同馏分油分级分质加工中萃取技术研究进展

解决传统燃料过剩、开发绿色高效低耗的油品加工技术是双碳背景下的必然趋势。发展分子炼油理念下的变革性加工技术,实现从“馏分加工”到“组分加工”,是节能降耗、物尽其用的重要思路,其中组分的高效分离是实践分子炼油理念、实现精细化加工的重中之重。详细介绍了我国各种馏分油的化学组成的分布规律以及现有溶剂萃取技术分离芳烃、烷烃和杂原子化合物等组分的研究现状,讨论了各类油品由于组成差异而导致不同的分离难点,旨在提出未来研究的切入点和有价值的研究方向。

柴油烃类族组成分离技术研究进展

随着我国炼油技术的不断提高与新能源的开发利用,燃料市场趋向饱和,柴油出现明显过剩。将柴油通过分离手段转油为化,实现族组分中芳烃/非芳烃的高效低碳分离,是实现柴油高值化利用、缓解过剩问题的重要途径。首先阐述了我国柴油族组成的分布规律,提出针对直馏柴油与催化裂化柴油(FCC柴油)进行分离时切入点的差异;详细介绍了柴油中芳烃与链烷烃的分离技术,如溶剂萃取、膜分离、吸附分离、尿素络合等,并分析讨论了各种分离技术的优劣势以及未来研究方向;最后对柴油中芳烃与链烷烃的分离进行了总结与展望。

微气泡发生器的研究与应用进展

微气泡具有体积小、稳定性高、停留时间长、比表面积大和具有较强自增压效应等优点,可以显著增加气液两相的接触面积和接触时间,强化气液两相的传质速率。目前,多种基于不同原理的微气泡发生器均可以有效产生微气泡,而不同领域利用微气泡的侧重点有所不同,因此其应用的微气泡发生技术也有所区别。本文综述了微气泡发生器在水处理过程、生物和医学领域、矿物浮选过程以及化工过程中的应用,重点阐述了各工业过程中常用的微气泡发生器类型和微气泡发生器的发泡原理,简述了各类微气泡发生器的气泡生成效果,指出了微气泡发生器的结构和操作条件对微气泡发生性能的影响,总结了各类微气泡发生器的使用条件。当下,依靠单一原理的微气泡发生技术仍具有一定的局限性,而耦合式微气泡发生器结合多种微气泡生成原理的优势,可以产生尺寸更小、分布更均匀的微气泡,因此耦合式微气泡发生器的研发对未来微气泡技术的应用具有重要意义。本文最后对微气泡发生器的应用前景、研发方向等进行了总结和展望。

亚毫米气泡和常规尺寸气泡气液两相流流动与传质特性对比

通过实验和数值模拟系统研究了亚毫米气泡鼓泡塔与常规鼓泡塔在流动和传质特性上的区别,并建立了适用于亚毫米气泡气液两相流流动和传质过程的数值模拟方法。研究结果表明,相比常规鼓泡塔,相同操作条件下亚毫米气泡鼓泡塔的气泡尺寸分布更窄,平均尺寸降至前者3%左右,气含率提高2倍以上,比表面积提高2个数量级。另外亚毫米气泡气液两相流中气液径向分布更均匀,轴向返混程度更小。亚毫米气泡鼓泡塔的相界面积是强化传质的关键控制因素,其液相传质系数虽低于常规鼓泡塔,但依靠巨大的相界面积,其体积传质系数是常规鼓泡塔的10倍左右。针对大规模鼓泡塔反应器的模拟结果也表明,亚毫米气泡可使反应器达到更均匀的气含率分布,受初始气液分布的影响小。

非噻吩类硫化物吸附剂制备及烯烃对吸附效果影响

为了开发非噻吩类硫化物高效吸附脱硫吸附剂,采用浸渍法分别制备了CuY,CrY,CoY,NiY吸附剂,并用相关表征技术考察了不同金属对吸附剂形貌和酸性质的影响,并与吸附剂吸附脱硫效果相关联。结果表明:负载金属Cu和Ni使得吸附剂Lewis酸性位明显增加,有利于形成硫与金属配位的S—M键,从而具有更优的吸附脱硫效果;但金属Ni易团聚堵塞吸附剂孔道,影响硫化物扩散,使得其吸附脱硫效果弱于CuY;当Cu的负载量(w)为10%时,Cu10 Y样品的穿透吸附硫容最大(14.24 mg g)。此外,还考察了烯烃对非噻吩类硫化物吸附脱除的影响,随着烯烃含量的增加,吸附剂的穿透吸附硫容呈下降趋势。由偶极矩和静电势计算可知,1-己烯和硫化物均可与金属形成配合物,从而产生竞争吸附,影响吸附脱硫效果。

高校工科专业青年教师工程能力培养的措施与思考

本文针对高校工科专业青年教师工程能力与工程经验普遍欠缺的现状,介绍了中国石油大学(北京)化学工程与工艺专业在青年教师工程能力培养方面的措施,包括完善工程能力培养的激励与督促政策、参与专业实验教学的指导、团队集体辅导学生设计、依托实习平台全面参与实习过程、结合科研成果转化深入企业学习、开展集体授课与研讨、发挥教学团队"传帮带"作用、组织参加校内外的工程教育培训等。这些措施的实施,为尽快提升青年教师的工程能力提供了较好的保障。

密相提升管内颗粒速度与颗粒浓度分布及发展特性

为研究高密度提升管气固流动结构分布规律及其发展特性,在自建的18m高循环流化床提升管系统中测定了不同气速和固体循环速率下的颗粒浓度分布。结果表明,在低颗粒循环速率(Gs)下颗粒浓度由底部浓相区单调降低并趋于稳定;在高G_s下颗粒浓度在底部浓相区内先增加后降低,沿提升管向上趋于稳定的发展趋势。径向上颗粒浓度分布呈现"中心低边壁高"的特点且在不同径向区域的发展具有不同步性,中心区域发展快且可以实现充分发展,并逐步向边壁区域延伸。颗粒速度轴向分布特性受表观气速影响较大。表观气速较小时颗粒速度基本呈指数型分布且很快进入恒速区,表观气速较大时颗粒速度轴向分布呈现出"倒C型"。颗粒速度在不同径向区域上发展特性与颗粒浓度基本一致。较低提升管内颗粒进入提升管时可能受气固入口结构影响,沿提升管向上运动时流动结构未得到充分发展又可能会受到提升管出口约束,会呈现多段式流动发展特性。本实验18m高提升管内颗粒流动结构可以得到充分发展,轴向上颗粒浓度分布基本呈现指数型分布。

挡板鼓泡床内气泡特性的CFD模拟分析

采用计算流体力学(CFD)方法对挡板鼓泡床内气-固流动进行模拟计算,基于模拟结果建立了识别和分析气泡特性的方法,分析有、无挡板的鼓泡床中气泡运动特性的差异,揭示挡板对鼓泡床内气泡的作用机制。研究结果表明,挡板的存在可以强化气泡破碎作用,大气泡经过挡板时,破碎成多个小气泡。挡板只在一定区域内对气泡存在作用,如需在整个床层内调控气泡行为,需设置多层挡板。在挡板的作用区域内,气泡平均尺寸明显减小、气泡数量增多。在较低气速下,挡板对鼓泡床内气泡的影响较小;随着气速的提高,挡板对气泡的作用逐渐加强,气-固接触更加均匀。

基于工程教育专业认证理念的实验教学改革实践

石油加工工程实验是基于项目研究的综合实验,要求学生以团队的形式完成。基于工程教育专业认证的三个理念和成果导向评价,我们确定了5种学生能力和5个课程目标,设计了以学生为中心的12个教学环节,建立了过程性考核评价方法。实践表明,学生的终身学习能力有待改进。将达成度计算结果反馈到后续实验教学安排和指导的具体过程,有助于实现实验教学的目标。

提升管反应器介尺度结构影响规律的数值模拟研究

提升管反应器存在典型的颗粒聚团介尺度结构,其分布特性对气固流动、反应有重要影响,对介尺度结构影响规律进行分析有助于为反应器的设计与优化操作提供基础信息。采用基于能量最小多尺度(EMMS)方法的曳力模型建立了提升管气固两相流动模型,考虑了颗粒聚团对气固相间动量传递的影响。此外,进一步通过考虑颗粒聚团的存在以及颗粒聚团的非均匀性对化学反应的影响,提出了描述介尺度结构对反应速率影响的修正因子,与气固流动模型进行耦合,建立了基于介尺度结构的流动-反应综合数学模型,并进行了模型验证。进一步应用该模型,对工业催化裂化提升管反应器的流动-反应特性进行了模拟分析。结果表明,该模型可以合理描述提升管气固相互作用,能够预测出壁面附近存在较多介尺度结构的分布特性,由于聚团的存在使得重油组分难以与催化剂充分接触,生成汽柴油的反应速率较低,转化较慢,聚团的分布特性导致靠近边壁处的重油组分浓度较高,汽柴油组分浓度较低;汽柴油在聚团内部的流动阻力较大,在聚团内发生过量的二次反应生成较多焦炭,导致壁面处焦炭浓度较高。与传统基于平均化而未考虑聚团影响的模型相比,基于介尺度结构的模型所预测的汽油收率最佳值与工业实际相接近。因此,基于介尺度结构的流动-反应综合数学模型可以合理描述提升管内进行的流动-反应耦合特性,并能揭示介尺度结构对催化裂化反应过程的影响,有望为工业提升管装置反应终止剂技术的开发提供重要的基础信息。

开孔形式对盘环形挡板汽提器特性影响的模拟分析

采用CFD方法对安置盘环挡板的汽提器进行了模拟计算,对比了盘环挡板上有无开孔情况下的颗粒流动分布。结果表明,在盘环挡板上进行开孔可有效减少“气垫”区域,使气体与颗粒更顺利地穿透挡板进行高效接触。此外,通过对比不同开孔形式下的催化剂颗粒流动与气泡分布特性,可以发现均匀开孔时,随着开孔尺寸的增加,气相流动阻力下降,可以携带颗粒更加均匀地穿过盘环挡板,使得挡板以下的“气垫”区域减小,颗粒在汽提器内分布更加均匀,有利于汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触。但是,随着开孔尺寸增加,汽提器内气泡的平均尺寸有所增加,气泡数量减小,气泡所占的总体积及气泡所能提供的相界面积有所减少。对比均匀开孔与非均匀开孔的颗粒流动与气泡特性,结果表明,在盘形挡板顶部附近开孔12mm,其他区域均匀开孔9mm的非均匀开孔形式在确保催化剂颗粒流动的均匀性分布、汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触效果的同时,容易产生更小的气泡,可以提供更高的气固相界面积,更加有利于汽提器性能的改善,因此是比较优选的开孔方式。本文关于挡板开孔形式影响的模拟分析对设计高性能的汽提器内构件具有重要意义。

ZSM-5分子筛酸性能和孔结构的协同作用对C5烯烃催化裂解性能的影响

采用不同浓度碱液处理制备了具有不同酸性质的多级孔HZSM-5分子筛,并考察其酸性能与孔结构变化对催化裂化(FCC)汽油中C_(5)烯烃催化裂解性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附脱附、氨气程序升温脱附技术(NH_(3)-TPD)、吡啶红外(Py-IR)和扫描电镜(SEM)等表征手段研究了HZSM-5分子筛的结构、形貌、酸性质和孔道性能。研究结果表明,适宜浓度的碱液处理可以提高HZSM-5分子筛的强Bronsted(B酸)酸量和介孔体积,显著提高C_(5)烯烃转化率和乙烯、丙烯的收率。当碱液浓度为0.2 mol·L^(-1),HZSM-5分子筛强B酸中心和介孔体积之间的协同作用促进了C_(5)烯烃的高效转化,转化率为84.8%(质量分数),乙丙烯总收率为86.0%(质量分数),分别比未处理的HZSM-5分子筛增加4.4%和15.5%。

清洁油品升级背景下加氢脱硫技术研究进展

为满足"史上最严"的国Ⅵ汽油质量标准,发展"低硫、控烯、保辛烷值"的清洁汽油生产新技术成为当前研究热点。当前清洁汽油生产的主流技术是选择性催化加氢脱硫技术,本文首先从催化裂化(FCC)汽油中汽油辛烷值损失与汽油中不同碳数和结构烯烃加氢饱和规律的研究开始,详细分析了当前国Ⅵ升级背景下的加氢脱硫技术发展现状,特别针对提高加氢脱硫催化剂脱硫选择性及辛烷值恢复性能的研究进展进行了综述。基于现有的炼油发展现状及难题,建议了未来清洁油品的发展方向:秉承"分子炼油"理念,进一步完善分子层次的汽油组成认知,不断实现汽油组成中各类烃的精准分离和高效转化,可满足清洁油品的升级需求,还可应对未来油品结构调整。

分子尺度反应动力学模型构建在催化裂化/裂解过程中的应用进展

随着环保法规的日益严格和成品油质量标准的持续升级,对催化裂化/裂解过程的产品要求和控制逐渐精细到分子级别,可靠的分子尺度反应动力学模型是实现催化裂化/裂解过程分子管理的关键所在。本文简述了催化裂化/裂解的反应机理和反应类型,回顾了近三十年来不同方法对催化裂化/裂解过程反应网络和分子尺度反应动力学模型构建的研究进展。重点对不同模型构建技术的优缺点进行了详细的对比分析,指出了催化裂化/裂解过程分子尺度反应动力学模型构建的研究方向:开发更为精细的石油分子分析表征技术,构建与催化剂失活和反应器模型相结合的分子尺度反应动力学模型,实现基于分子管理的催化裂化/裂解过程反应器设计和工艺工程放大。此外,指出建立对分子集构建、反应网络构建和动力学参数求解的集成化平台是分子尺度反应动力学发展的必然趋势。

不同结构催化裂化沉降器模拟分析

随着催化裂化装置掺渣比的提高,沉降器内的结焦现象随之加剧,严重影响了装置的长周期稳定运转。采用计算流体力学(CFD)模拟方法,以旋风分离器敞口式加挡板(装置Ⅰ)和旋风分离器软连接加溢流斗(装置Ⅱ)2种典型沉降器为研究对象,建立了全尺寸的CFD模型,以实际生产过程中的集散控制系统(DCS)数据检验了模型的准确性。通过分析沉降器空间内的流场及温度场分布,以及油气在沉降器内的运动轨迹和停留时间分布,对不同结构沉降器的结焦趋势进行了对比分析。结果表明:相比粗旋敞口结构,软连接能有效降低沉降器穹顶空间的油气浓度;装置Ⅰ的粗旋肩部、粗旋升气管上部挡板和提升管上壁面有较多的催化剂堆积,而装置Ⅱ仅在粗旋肩部有少量的催化剂堆积;同时装置Ⅱ的溢流斗结构可明显降低粗旋底部的泄气率,减少油气平均停留时间,降低了结焦风险。

催化裂化汽油重馏分中烯烃结构及其加氢性能对重汽油馏分辛烷值的影响

采用计算和试验相结合的手段,研究了催化裂化汽油重馏分(HCN)中烯烃的结构、碳数及含量对汽油辛烷值的影响规律以及烯烃组分加氢性能对HCN辛烷值的影响规律。结果表明:当不同碳数烯烃的转化量相同时,碳数对HCN辛烷值的影响程度由大到小的顺序为C8>C7≈C9>C10;综合考虑烯烃含量时,也得出相同的结论。对烯烃加氢活性的研究表明,相同工艺条件下,随着烯烃碳数增大,烯烃的加氢饱和率降低,加氢难度增加,HCN辛烷值的损失主要是由C8烯烃的加氢饱和引起的。

烧焦罐再生器的数值模拟

流化催化裂化装置是炼油厂中重质油轻质化的重要工艺装置,其中再生器对催化剂烧焦再生、维持反应-再生系统热量平衡、压力平衡都具有重要作用。近年来随着原油逐渐重质化、掺渣比逐渐增大等因素,再生器内由于烧焦不完全产生的CO从密相床层溢出至稀相导致尾燃的问题频繁发生,严重限制了装置的掺渣能力。采用MP-PIC(Multiphase Particle-in-cell)方法对烧焦罐再生器进行深入探究,考察待生剂焦炭含量、操作压力、主风流量、入口氧气含量以及催化剂循环比等对于烧焦反应规律及尾燃趋势的影响。研究结果表明:稀相尾燃的发生主要是因为烧焦罐内烧焦速率低、气相停留时间短。当装置掺渣比增加时,待生剂焦炭含量增加,再生器烧焦负荷增大,虽然高温加速了CO氧化,但再生剂焦炭含量升高;高压有利于降低表观气速,延长气相停留时间,有利于降低尾燃风险;增加主风流量虽然可以提高再生器内平均O_(2)含量,但缩短了气相停留时间,CO燃烧不充分,尾燃风险增加;富氧再生可以明显提高烧焦罐内反应速率并改善整体温度分布,有利于降低尾燃风险,最佳入口O_(2)体积分数为26%;当催化剂循环比大于1.0时,循环剂向待生剂一侧偏流,有利于提高再生器底部起燃温度,改善整体温度分布,从而降低尾燃风险,最佳的催化剂循环比为1.5~2.0之间。

乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟

对浆态床反应器中乙炔加氢制乙烯过程进行了模拟研究,采用TFM-PBM耦合方法描述浆态床内气相与浆态相的流动,并耦合乙炔加氢反应动力学建立流动-反应综合模型。通过小试实验对该模型进行验证,并将验证后的模型应用于浆态床中试装置中内构件作用机制与操作条件影响的模拟分析。结果表明,在浆态床反应器放大时,可通过设置竖管内构件,以破碎气泡,抑制气相径向运动,使乙炔加氢过程均匀、充分地进行。乙炔加氢制乙烯过程与气相停留时间和反应温度密切相关,在反应器放大中需严格控制温度,并可通过改变反应器内液位高度实现对气相停留时间的调控,从而可在保证乙炔充分转化的同时获得更高的乙烯选择性。

金属改性分子筛提高低碳烯烃芳构化性能研究进展

金属改性分子筛广泛应用于烯烃芳构化的催化剂,本文综述了用于低碳烯烃芳构化的金属改性分子筛催化剂的研究进展。介绍了不同催化剂上烯烃芳构化的反应机理,并对烯烃芳构化催化剂的发展方向进行了展望。通过对分子筛的微观结构和金属的引入方式进行设计和调整,开发出具有更优芳烃选择性和更长单程使用寿命的催化剂,将是今后烯烃芳构化催化剂的主要研究方向,同时,优化催化剂的制备方式并投入工业生产也非常重要。