煤直接液化鼓泡床反应器流场流动特性及强化机制

针对大型鼓泡床反应器存在返混增强、物料流场分布不匀匀性趋强以及传质效率低等影响反应器安全稳定高效运行的突出问题,开发了一种径向展开的新型阻尼分布器,在冷模试验平台上探索阻尼分布器对气泡聚并及破碎行为的影响规律,考察大型反应器中不同阻尼分布器组合方式的流场流动特性,探究了阻尼分布器组合在工业反应器放大过程中的流场强化效果。结果表明:设置阻尼分布器后,鼓泡床反应器冷模试验装置中湍流涡尺度减小,气泡破碎概率提高,不同气泡群经阻尼分布器后气泡群平均直径从13.48~24.38 mm降至9.40~20.38 mm,表面积增幅为8.5%~71.9%。设置阻尼分布器可提高反应器局部气含率和液速分布均匀性,适当增加阻尼分布器层数有利于扩大流场的轴向影响范围。增大阻尼分布器直径有利于减小各高度平面间局部液速的差值并提高局部气含率径向分布均匀性,不同高度平面中心液速的差值由0.6 mm/s降至0.3 mm/s,同一高度平面局部气含率方差可降至未设置阻尼分布器时的15%。在反应器放大过程中,流体绕流的径向范围扩大,设置阻尼分布器后局部气含率和液速分布均匀性进一步提高,同一高度平面局部气含率方差可降低至未设置分布器时的7%,局部液速差值由1.3~2.7 mm/s降至1.0~1.1 mm/s。设置1/4倍塔径分布器并以安装间隔∶分布器直径=7∶1的方式设置阻尼分布器组合时,流场强化效果较好。

鼓泡塔反应器中两相流动CFD-PBM耦合数值模拟

针对气液体系,将一个新型气泡破碎模型植入群体平衡模型(PBM)并与欧拉双流体模型进行耦合,在内径0.44 m、高2.43 m的鼓泡塔中对气-液两相流动进行模拟。在对破碎模型的气泡破碎速率和子气泡分布预测值进行验证后,将计算流体动力学-群体平衡耦合模型(CFD-PBM)在不同表观气速下的气含率、轴向液速模拟值与实验值进行了对比,并探究了升力的加入对模拟结果的影响。结果表明,模拟过程中升力的加入使气含率和轴向液速的径向分布更接近实验值。低表观气速和高表观气速下模型的计算数据与实验数据均吻合良好。同时,随着表观气速增大,反应器内的湍动耗散率增加,气泡之间的相互作用力增强,使得反应器内气泡尺寸分布范围变宽。

红柳林煤温和液化性能研究

在相对温和条件下,考察了反应温度、氢气压力、溶剂供氢性能和催化剂对红柳林煤液化性能的影响。结果表明:在370~390℃范围内,温度升高的主要作用是促进煤的大分子结构解聚;在390~430℃范围内,温度升高的主要作用是促进重质产物二次裂解。此外,在Fe催化剂中加入碱性催化剂之后,Fe催化剂与碱性催化剂之间产生了协同效应,使得煤中大量含氧官能团(如醚键、羰基)水解及煤中大分子结构解聚,因而煤转化率和油产率增加,氢气消耗量增加,水产率降低。