基于CFD的新型旋流快分系统模拟优化研究

某新建催化装置旋流快分系统内需设置粗旋分,故采用气固两相流模型对其进行CFD数值模拟研究,通过模拟得到VQS系统罩内环形空间气体流场分布情况以及颗粒浓度分布规律,考察VQS系统分离效率,并与常规VQS快分系统进行对比,确定该装置反应沉降器内VQS快分系统受粗旋布置的影响情况。模拟结果显示:VQS罩内粗旋的存在对VQS罩内旋流规律的影响很小,但是粗旋布置的位置会影响VQS系统的分离效率。对VQS罩内粗旋位置进行了优化,考察了三个不同工况,结果显示当粗旋料腿中心距离提升管中心2200~2600 mm时,VQS系统分离效率受粗旋的影响程度比较低,优选2200 mm。

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) 。

催化裂化沉降器多臂式旋流快分系统封闭罩内的流场

用智能型五孔探针对催化裂化沉降器内多臂式族流分离系统封闭罩内的气体流场进行了测试。测试结果表明,罩内流场为轴对称的三维湍流场,在旋流头喷出口处径向速度较大,呈短路流现象。根据流场测试结果,建立了三维气流速度分布的无因次计算式,可供工程设计参考。

催化裂化提升管出口旋流快分系统内隔流筒结构的优化改进

研究表明,旋流快分系统(VQS)内旋流头上骑插筒形隔流筒(A型)后,可消除其喷出口处短路流夹带颗粒的现象,大大提高系统的分离效率。但A型隔流筒底部还存在另一种短路流现象,结构尚需进一步优化,为此,开发了折边隔流筒(B型)和锥形隔流筒(C型)。采用Fluent软件对VQS系统内气-固两相流进行了数值模拟,重点考察了A、B、C型隔流筒的流场分布和分离效率。模拟结果表明,C型隔流筒的分离段外侧切向速度较大,离心力较强;内侧上行轴向速度较小,气体向上夹带细粉的速度较低;底部截面处向心径向速度较小,基本为零,有利于消除短路流。因此,工业应用中推荐采用C型隔流筒,以进一步提高系统的分离效率。

催化裂化提升管出口紧凑式旋流快分系统

基于旋流快分系统(VQS)在重油催化裂化工业装置中的成功应用与推广,提出了一种适用于重油催化裂化双提升管装置的紧凑式旋流快分系统(CVQS)。该系统由两级高效旋流快分器串联组成,第二级高效旋流快分器取代顶旋。采用紧凑式旋流快分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,从而有助于解决沉降器内油气的滞留、返混和装置结焦等问题。在研究新型高效隔流筒和旋流头的基础上,考察了CVQS系统的两种串联方案的分离性能。结果表明,两级高效旋流快分器优化匹配后,系统的总分离效率大大提高,可以更好地实现气、固两相的快速高效分离。

旋流快分系统(VQS)环形空间内气相流场的研究

采用激光多普勒测速仪(LDV)对旋流快分系统(VQS)内环形空间的气相流场进行研究。结果表明,VQS 系统内环形空间的气相流场具有双涡特性,内外涡的分界点处存在最大的切向速度。由于流体与双侧壁面之间的摩擦造成能量损失和湍流能量耗散,导致最大切向速度不断衰减且位置沿轴向向下逐渐向提升管外壁移动,同时涡量传递造成外部的准自由涡区逐渐增大,内部的准强制涡区逐渐缩小。轴向速度沿径向呈明显的线性分布,下行轴向速度沿提升管外壁向封闭罩内壁的径向方向逐渐增大。轴向速度的径向梯度沿轴向向下逐渐变小,轴向速度分布也逐渐趋于水平直线状。整个环形空间内,切向、轴向相对湍流强度分布稳定,湍流脉动与扩散比较平缓,有利于气流稳定下行,避免纵向环流、涡旋死区的发生。

旋流快分系统内颗粒浓度分布的数值研究

采用欧拉模型对旋流式气固快分系统(VQS)内气固两相流进行数值模拟,主要考察VQS系统内颗粒浓度场的分布规律。计算结果表明,颗粒在VQS系统内的分离主要分为喷出段、分离段和沉降段三个区域,不同分离区域内颗粒的分离机理有所不同,且颗粒的粒径大小对系统分离有一定影响。从沉降-扩散理论出发,建立了颗粒浓度分布模型,为建立VQS系统的分离模型提供参考依据。

催化裂化沉降器旋流快分系统分离性能的实验研究与数值模拟

在FCC沉降器的实验装置上,研究了不同入口颗粒浓度下旋流快分系统(VQS)分离性能,着重分析入口颗粒浓度对VQS系统内分离效率与压降的影响规律。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,VQS系统的分离效率随之增加,而压降随之减小。采用Fluent软件对VQS系统内气、固两相流进行了数值模拟,并由此估算了不同入口颗粒浓度下VQS系统的压降、颗粒分级分离效率以及总分离效率,计算结果与实验结果吻合较好。入口颗粒浓度越高,气相被颗粒相消耗的能量越多,切向速度衰减越明显,从而导致系统压降的降低。同时,入口颗粒浓度的增加导致单位体积内颗粒质量流率增加,重力沉降作用增大,故上行流轴向速度减小,下行流轴向速度增加,有利于颗粒下行分离。此外,颗粒相的存在可有效抑制湍流,降低系统内的湍流强度,有利于改善颗粒返混,提高系统对中细颗粒的捕集能力,从而提高系统的分离效率。

催化裂化沉降器旋流快分系统内两种旋流头的性能对比

通过冷态对比实验,研究了旋流快分系统(VQS)内两种新型旋流头的分离性能,结果表明B型旋流头采用大弧切向出口后,对含尘气流具有加速旋转的作用,可使颗粒喷出后获得更高的切向速度,从而提高系统的分离效率。采用Fluent软件对VQS内气固两相流进行了数值模拟,重点考察了A、B型旋流头的流场分布和分离特性。模拟结果表明:含尘气流由B型旋流头喷出后,切向速度较大,离心力较强,增加了颗粒在稳定分离区内分离的概率;同时,含尘气流喷出后气量大部分集中在封闭罩内壁附近下行流动,下行轴向速度较大,有利于颗粒下行分离。此外,相比于A型旋流头,B型旋流头的分离优势在于可大大提高对中粗颗粒的捕集能力。因此工业应用中推荐采用B型旋流头,以更好地满足工业生产的需求。

基于CFD的SVQS快分系统冲蚀磨损研究及原因分析

壁面磨损是快分系统失效破坏的重要因素,研究磨损对于提高快分系统的使用寿命具有重要意义。以计算流体力学方法(CFD)为基础,通过Fluent软件对快分系统的内部流场进行耦合计算,采用离散相模型(DPM)对系统壁面磨损进行数值仿真。通过数值分析,确定了快分系统壁面的主要磨损部位为旋流臂、壁面靠近喷出口位置、沉降段中下部、提升管顶部以及隔流筒挡板位置,并得到系统的速度及磨损分布云图,结合磨损分布规律初步分析了快分系统壁面的磨损原因以及可能影响磨损的因素;将数值仿真结果与带隔流筒和隔流盖板的旋流快分系统(SVQS)在工业应用中的实际磨损情况进行对比分析,验证了数值仿真结果的准确性和可靠性。

新型环流预汽提组合旋流快分系统气相流动的试验研究

提出了一种新型的环流预汽提组合旋流快分系统(CSVQS),采用五孔球探针对CSVQS内的气相流场进行测定,并利用Fxc-Ⅱ/32型多点压力巡检仪测定压降。测试结果表明,CSVQS封闭罩内的流场为轴对称三维流场。与原来的超短快分系统(SVQS)相比,CSVQS更有利于气体与颗粒的分离,有效避免了颗粒的再夹带。CSVQS封闭罩内的静压分布均匀,变化平稳。基于试验结果,建立了CSVQS封闭罩内的气流速度分布的回归公式,可供CSVQS结构优化和工程设计参考,以期为工业应用奠定理论基础。

CSC快分系统特点与应用及防焦措施探讨

提升管出口CSC(Circulating-Stripping Cyclone)快分系统具有高分离效率、良好的操作弹性及稳定性而在催化裂化装置上得到广泛的应用。其设计的工作原理是在粗旋下部设置一个密相环流式预汽提器,通过改变内外环的汽提蒸汽量来调整内外环的密度差,使催化剂在内外环之间形成密相环流动,以实现降低蒸汽用量、提高汽提效率的目的。工业应用中影响CSC系统性能的因素主要有内外环蒸汽流量、结焦及磨损等。其中,结焦问题是一个大问题,总结认为通过优化原料、选择合适的雾化喷嘴、采用预提升技术、加注反应终止剂、减小汽提蒸汽与油气的温差、停电事故处理时及时将沉降器中的催化剂转出等措施,可以有效防止(或减少)CSC系统结焦问题。

催化裂化装置中旋流快分系统(VQS)的结构设计

阐述了全渣油催化裂化装置反应器中旋流快分系统(VQS)的工作原理,对其受力情况进行了分析。较详细介绍了放流快分系统的支撑结构形式,并就支撑梁(焊接工字钢)的选材、几何尺寸进行了详细的分析与比较。

催化裂化密闭快分系统封闭罩内流场优化

针对催化裂化密闭快分(CVQS)系统封闭罩内上方存在的非对称不稳定的旋涡流引起的压力不稳定现象,在一套大型冷模装置上,实验测定旋涡流出现的位置与操作条件间的时空特性;为消除不稳定旋涡流,在封闭罩内添加直板形式的导流板,与不添加导流板的装置进行实验对比。结果表明,装置加入合适导流板后,封闭罩内的流场得到改善,有效消除旋涡流现象,减弱了压力波动,使系统的压降明显减小。

全流程智能控制快分系统在炼钢生产中应用

全流程智能控制快分系统,在炼钢生产中应用解决了困扰炼钢工序铁、钢、转炉渣、钢中气体等关键成分快速检测分析结果报出的技术难题。系统设计了全流程智能控制工艺流程和数据信息流程,开发了智能试样系统、数据传输系统、通讯接口以及风动送样、PLC控制、样品质量识别、判定等技术,满足了炼钢生产管控需要,解放和优化繁琐的人工操作,提升了钢铁行业智慧制造中技术运用水平和设备管理水平,增强了企业竞争力。

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。

旋流快分器内气相流场的实验与数值模拟研究

用智能型五孔探针对催化裂化沉降器带筒状物的旋流快分系统(在旋流头上插入了一个筒状物)内的气体流场进行了测试。应用CFX软件,采用应力输运方程模型对系统内气相流场进行了三维数值模拟,以考察适合该旋流快分系统内流场模拟的湍流模型。结果表明,模拟结果与实验数据吻合较好,应力输运方程模型适用于带筒状物的旋流快分器内三维流场的数值模拟。系统内流场为三维湍流场,内插一个筒状物后,消除了旋流头喷出口附近的短路流,更有利于提高旋流快分器的分离效率,但在内插筒状物的底部附近还存在短路流现象。

催化裂化反应-再生系统优化改造及效果

为适应原料重质化趋势的发展,一些新的催化裂化工艺技术得到快速发展,旧的催化裂化装置通过对反应-再生部分核心技术进行升级改造,有效提高了装置加工劣质原料的适应性。广州石化1.0 M t/a重油催化裂化装置采用密相环流预汽提快分(CSC)系统,CS-Ⅱ进料喷嘴和高效PV型旋风分离器对反应-再生系统进行升级改造,产品分布明显得到改善,总液收率提高1.21%;喷嘴汽耗减少1.6 t/h;催化剂耗量下降0.23 kg/t;并缓解装置烧焦负荷和气压机能力不足的瓶颈限制,加工能力提高,装置运行效果显著,经济效益得到增加。

SVQS旋流快分-MSCS高效汽提组合工艺在催化裂化装置上的应用

介绍了SVQS旋流快分-MSCS高效汽提组合工艺在140万t/a催化裂化装置上的应用情况,将改造前后的原料性质、主要操作条件、产物分布、产品质量等情况进行了对比分析。结果表明,在混合原料性质相近的情况下,与改造前相比,改造后油浆收率无明显变化,干气收率由3.43%降低至2.85%,焦炭收率由9.15%降低至8.25%,总液体收率由83.01%升高至84.45%,待生催化剂H/C(质量比)由0.097降低至0.077。

提高催化装置原料适应性的改造及效果

随着原料重质化和劣质化趋势加剧,给炼厂原有催化裂化装置的加工能力和产品结构提出新的要求。广州石化重油催化裂化装置已建成运行20年,近年来原料裂解性质差,原油品种更换频繁,装置的进料喷嘴、提升管出口快分和旋风分离器等关键部件设备老化,技术落后,已经不能适应原料劣质化变化需要,导致产品分布变差,催化剂耗量增加,系统结焦情况严重,加工负荷受到制约。为改善产品分布,增加渣油掺炼比例,提高装置运行效益,2009年大检修期间,采用中国石油大学(北京)开发的CSC快分系统和高效PV型旋风分离器,以及国产CS-Ⅱ进料喷嘴,对装置反再系统进行升级改造,取得了如下效果:产品分布明显改善,焦炭和干气产率下降,总液体收率提高1.21个百分点;提升管反应器的喷嘴汽耗减少1.6t/h;催化剂耗量下降0.23kg/t;并缓解了再生器烧焦负荷和气压机能力不足的问题,使装置的加工能力得到提高,年可增加运行效益3750万元。