射流与气固两相流混合过程的测试与分析方法

湍流射流是气固快速反应过程中气相原料与固体颗粒的理想混合形式,采取有效的测试技术与分析方法获得射流与气固两相流的混合行为对研究反应过程具有重要意义。本文采用光纤探针技术获得了颗粒浓度动态数据,以提升管内颗粒聚团的传统分析方法为基础,结合小波分析,提出了射流与气固两相流混合过程中颗粒聚团的确定方法,并将射流影响区内气固间的瞬时接触状态分为颗粒聚团相、散式颗粒相以及未与颗粒充分混合的射流相。结合附壁射流理论,利用气体示踪技术获得的射流特征浓度分布结果,对理想条件下的射流中心线方程进行了修正,所得结果可预测气固两相流中射流的发展趋势。利用臭氧分解示踪技术,获得了原料射流与气固两相流混合过程中的局部反应结果,将其与气固动态混合特征及射流轨迹模型相结合,可分析流动参数对反应的影响。

气固逆流式移动床过滤器的实验研究

为探究操作条件对气固逆流式移动床过滤器过滤性能的影响,通过大型冷模实验,考察了气固逆流式移动床过滤器的捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、表观气速及入口粉尘粒径对装备性能的影响。实验结果表明,表观气速是影响床层压降的主要因素,表现出正相关的趋势。捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、粉尘粒径的改变对床层压降影响较小。捕集颗粒循环强度和入口粉尘浓度的增加使压降增加。而粉尘粒径与床层压降间的关系随时间变化,开始时粉尘粒径与压降呈正相关,但当装置运行至平稳阶段则趋于降低。装备的除尘效率与入口粉尘浓度及颗粒循环强度正相关,与粉尘粒径及表观气速负相关。但粉尘粒径越小过滤效率越高的趋势受装置内滤饼的影响,仅在粉尘中位粒径10μm以上,且入口粉尘质量浓度在0~32 g·m^(-3)出现。移动床过滤器保持稳定床层压降的同时,具有较高的除尘效率。在颗粒循环强度0.3119 kg·s^(-1),16.5~32.7 g·m^(-3)入口粉尘浓度条件下,除尘效率可达99%;且对细微(13μm以下)粉尘的粒级效率接近99.9%。

二元系简单蒸馏与平衡蒸馏的关系

Rayleigh方程是描述与时间相关的简单蒸馏的基础方程,广泛应用于同位素分馏等多个学科领域,但在化工分离的领域却鲜见报道。针对上述问题,基于组分净摩尔量建立了简单蒸馏的Rayleigh方程和平衡蒸馏的数学模型,并利用数学积分和差分关系,以N级串联平衡蒸馏建立了描述简单蒸馏的计算模型,从而揭示了简单蒸馏与平衡蒸馏间的理论关系。最后利用N级串联平衡蒸馏的数学模型,在N趋于无穷条件下推导出Rayleigh方程。结果表明:Rayleigh蒸馏是简单蒸馏的一种特殊操作工况,其特征为汽化率和加热速率趋于无穷小,蒸馏所需时间无限长。因此,Rayleigh蒸馏更适用于同位素分馏过程。

2,6-二甲基萘的分离技术进展

分离2,6-DMN常用的方法有蒸馏、萃取、吸附和结晶等。催化裂化柴油、煤焦油和石油裂解重芳烃等原料成分复杂,分离提取2,6-DMN面临挑战;二甲基萘共有10种异构体,沸点接近难以通过精馏分离,还需打破DMN异构体之间的共熔结晶问题,能耗大,生产成本难以控制。目前2,6-DMN进行大规模生产的装置与技术主要集中在欧美和日本等国家,突破对2,6-DMN的分离技术壁垒具有重大的战略意义。

离心力场-移动床耦合气固分离装备的研究进展

气固分离装备的发展对于实现高温烟气的高效除尘净化具有重要意义。基于单一气固分离机制的除尘装备难以实现精细除尘的目标。将离心分离和移动床分离耦合在同一装备中,实现两种分离机制的协同强化无疑是一种解决方案。在该耦合装备中,旋风壳体和移动床内气相、捕集颗粒、粉尘的运动较之常规单体旋风分离器、移动床均具有一些独特的特性。通过压降-时间响应曲线发现该新型耦合分离装备具有自清洁功能。该装备对黏附性微细粉尘的捕集效率在95%以上;旋风壳体分离了10μm以上颗粒物,而内置颗粒床捕集到的粉尘粒径在10μm以下,验证了二者在同一装备中的协同强化。但是,强化自清洁效应和提高捕集效率构成了一对矛盾。研究表明,该新型耦合分离装备仍具有很大的性能提升空间。

一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器的分离特性研究

为了解决多旋臂气液旋流分离器(GLVS)中旋臂上方存在的小液滴夹带逃逸现象,设计了一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器(D-GLVS)。通过大型冷模实验,从压降和分离效率角度考察了其分离性能,实验结果表明,D-GLVS通过增加封闭罩,分隔了分离空间和排气空间,使排气压降占比较大,约为总压降的60%,但其阻力系数仍在常规旋风分离器的范围内;且其分离效率随气速增大,表现为先升高后降低的变化趋势,并在14.69 m/s附近达到最大值,同时发现偶数个喷嘴数对应进液质量的分离效率明显比奇数个喷嘴更高,这一结果在逆流式多旋臂气液分离器(B-GLVS)中同样得以证实。进一步对比了D-GLVS和B-GLVS间分离性能差异,结果表明封闭罩的引入可以极大地改善B-GLVS中小液滴被气流夹带逃逸的现象,使气液分离效率有明显提升,同时使D-GLVS分离效率随气速的变化规律与常规旋风分离器更为相似。在低气速下,二者的总压降几乎相同,当旋臂喷出口气速较大时,D-GLVS的总压降略大于B-GLVS,增幅均值约为5.04%。

提升管射流影响区内压力脉动特性研究

在提升管大型冷模实验装置中,采集了两种射流形式(射流向上倾斜和射流向下倾斜)提升管射流影响区内的压力动态数据,获得了压力脉动强度的轴、径向分布,并结合压力脉动信号的小波分解分析了不同射流形式对提升管内气固间作用规律的影响,建立了射流影响区内压力脉动特性与射流速度的联系。结果表明,与向上倾斜射流相比,向下倾斜射流使得提升管内压力脉动标准偏差整体数值增大约30%,而轴向、径向变化梯度均有所减小,气固混合过程的强度增大。小波分析结果表明,随着射流速度的增大,射流向上倾斜时,射流喷嘴入口截面附近区域小波能量整体数值将降低约25%,而在射流向下倾斜的射流影响区内小波能量整体数值将增大29%左右,其中ED4、EA8能量占比最大;向下倾斜的射流能有效增加射流影响区内高频压力脉动强度,有利于提高气固接触效果。

催化裂化取热技术研究进展

总结了国内外具有代表性的催化裂化取热技术和再生剂调温技术,同时针对外取热器运行过程中出现的取热负荷不足、床层流化性能差和换热管易破裂等问题,重点介绍了外取热器传热强化技术。总结发现,再生剂调温技术可实现高再生温度、高剂油比及高原料油预热温度的"三高"操作;外取热器传热强化技术可通过强化外取热器入口催化剂的均匀分布、换热管外壁处和床层内催化剂的流化性能来提高传热效率和取热负荷,保证外取热器的长周期运行。

新型紧凑式催化裂化沉降系统的实验研究

在对旋流快速分离器流场和性能研究的基础上,开发了一种应用于催化裂化装置的新型高效旋流快速分离器(旋流快分),并提出了由两级串联的该旋流快分器组成的新型紧凑式催化裂化沉降系统。该系统不仅可以降低设备投资,而且可以显著缩短油气在沉降器内的停留时间,从而有效地减缓油气在沉降器内的结焦反应,改善产品的分布。在大型的冷模实验装置上系统考察了该新型紧凑式沉降系统的性能。实验结果表明,该系统操作稳定,调节灵活,在设计点附近总分离效率可达到99.99%,系统总压降在10 kPa以内,基本可以满足工业装置的需要。

用于催化裂化的预汽提式提升管末端快分系统的研究及工业应用

在大型冷模试验装置上 ,系统地考察了带有密相环流预汽提器的提升管末端快分(CSC)系统的操作性能。结果表明 ,该系统能较好地实现气固的快速分离、催化剂的高效快速预汽提及油气的快速引出 ,系统各部分压力分布合理 ,当气体线速在 9～ 2 1m/s时 ,冷态下的气固分离效率高达 99%以上 ,并具有较好的预汽提效果。工业应用结果表明 ,CSC系统开工灵活 ,操作弹性大 ,气固分离效率高 (油浆固含量小于 2g/L) 。

催化裂化反应系统关键装备技术研究进展

通过详细分析催化裂化反应系统内不同区域的流动和反应特点,提出了"多区协控强化"的技术理念,形成了一种简单高效的催化裂化反应系统技术。该技术主要包括提升管进料段的"内置式气体内构件技术"和"油-剂逆流接触的新型进料段技术"、预提升区的"灵活调控剂/油比的混合预提升技术"、提升管出口油-剂快速分离区的"气-固旋流分离强化(SVQS)技术"以及汽提区的"组合环流汽提(MSCS)技术"。重点阐述了各项创新技术的研究进展,分析了创新技术与传统技术的差异,揭示了创新技术的优势所在。1.40 Mt/a重油催化裂化反应系统工业应用结果表明,该技术能够有效提高轻油收率,降低干气和焦炭产率,减少CO_2排量,提高企业经济效益。

催化裂化提升管出口超短快分的分离效率模型

在冷模实验装置上,系统地考察了SSQS系统(超短快分系统)的气相流场和在系统中的分离性能。在此基础上,根据SSQS系统气固分离的分离原理,建立了计算SSQS系统分离效率的横混模型。该模型同时考虑了惯性分离和排气管结构对颗粒捕集的作用,通过最终的修正,该模型所预测的结果和实验结果吻合较好。模型计算结果表明:在最优尺寸比例下,分离效率的主要影响因素为分离器外壳与中心排气管的半径差以及颗粒的切向速度。

催化裂化提升管出口旋流式快分(VQS)系统的实验研究与工业应用

在冷模实验装置上,系统地考察了旋流式快分(VQS)系统的操作性能,实验在气体线速为8～21m/s的范围内进行。结果表明,该系统能较好地实现气固的快速分离、催化剂的高效快速预汽提及油气的快速引出,系统各部分压力分布合理,冷态下的气固分离效率高达98.5%以上,并具有较好的预汽提效果。工业试验在处理能力为1Mt/a的FCCU装置上进行。结果表明,VQS系统开工灵活,操作弹性大,气固分离效率高(油浆固含量小于4g/l),可有效地改善产品分布。

大型气－固湍流流化床径向空隙率分布的研究

在一套７１０／４０００×８７０／１１０００ｍｍ大型有机玻璃流化床中，测定了大比重的ＦＣＣ催化剂在湍流流化床密相密度沿径向的分布规律。试验结果表明，湍流流化床密相区密度沿径向有一个明显的分布。采用多项式模型对试验数据进行了关联。

流化催化裂化再生器湍流流化床密相区两相流动规律的研究

分别在φ710mm×4000mm/φ870mm×11000mm有机玻璃流化床和800kt/a重油流化催化裂化装置的再生器中对湍流流化床密相区的两相流动规律进行了研究.通过对实验结果的分析,建立了适合于湍流流化床的两相模型.由因次分析出发给出的床层密相区的截面平均密度沿轴向高度分布的准数关联式可用于工程设计.

重油催化裂化反应系统集成技术及应用

以独创提升管三维多相流动反应机理模型的数值模拟为理论指导，借助具有结构创新的专用设备，可有效改善提升管反应器进料段的油-剂接触和提升管出口反应油气返混，实现对提升管反应过程的灵活调控。在中国石油前郭石化分公司80万t／a重油催化裂化装置上集成了提升管反应的部分先进技术，主要包括：提升管反应控制技术，终止剂技术，用水代替粗汽油作终止剂；采用高效雾化喷嘴，提升管末端“三快”（快速汽提、快速分离、快速导出）技术即CSC汽提式粗旋快分系统。近2年的运行实践表明，与生产90^#普通汽油相比，在相同条件下采用集成新技术生产90^#低烯烃汽油，轻质产品收率增加1．02～1．08个百分点，汽油烯烃体积分数由35．6％下降为33．2％。

FCC湍流流化床密相床的膨胀

The bed expansion in the dense region of FCC turbulent fluidized bed has been studied in a cold fluidized bed made of plexiglass with 710×4000/870×ll000mm and a RFCC regenerator(800,000T／a）.By using dimensional analysis,a calculation equation of dense phase density correlated by dimensionless groups is obtained.The equation may be use ful for process engineering design of commercial units.

国产新型催化裂化提升管出口快分系统

介绍了环形挡板式汽提粗旋(FSC)、旋流式快分(VQS)、密相环流汽提粗旋(CSC)等3种国产新型催化裂化提升管出口快分系统的设计原理、结构特点及工业应用情况。结果表明:3种快分系统均能较好地实现气固的快速分离、催化剂的高效快速预汽提及油气的快速引出,并具有开工灵活,操作弹性大,气固分离效率高(油浆固含量小于2 g/L),可有效地改善产品分布等优点。

径向移动床气固流动特性数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对矩形与楔形结构径向移动床内气固两相流动规律进行数值模拟。考察了床型结构、料封高度等关键结构参数对径向移动床内气固两相流场分布的影响。通过优化移动床关键结构参数,改善径向移动床中出现的贴壁、空腔问题。结果表明,模拟结果与相应工况下的实验数据吻合较好,模型可以定性描述径向移动床内气固两相流动规律。楔形结构不但能够提高贴壁临界气速,减小贴壁区域厚度,缓解贴壁现象;而且能够有效减小窜气量,明显提高临界空腔气速,避免或者缓解空腔现象。料封高度是影响空腔现象形成的关键性因素之一,适当增加料封高度可以有效消除空腔现象,提高装置操作弹性和操作稳定性。

FCC循环湍流流化床TDH计算的新模型

从稀相区的湍流扩散机理出发 ,推导并建立了涉及到密相区气泡运动规律、弹溅区规律及稀相区颗粒运动规律的 TDH计算的新模型 ,进一步在一套 870 m m× 110 0 0 mm / 710 mm× 4 0 0 0 m m大型有机玻璃湍流流化床中对所建立的模型进行了实验检验。检验结果表明 。