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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

应用组合工艺改造重油催化裂化装置

中国石油玉门油田公司炼化总厂应用两段提升管(TSRFCC)和密闭旋流快分(VQS)组合工艺对其重油催化裂化装置进行了扩能改造。改造后,装置主要经济技术指标均达到或优于设计值,与改造前相比,在减压渣油掺炼比和加工规模大幅度提高的情况下,液态烃收率提高4个百分点以上,总液收提高1.0个百分点以上,同时产品质量明显改善;在不回炼汽油的情况下,汽油辛烷值提高了0.8个单位,烯烃含量下降了10个百分点。