高密度循环流化床颗粒流动结构发展特性研究

发布时间：2020-06-15 18:58

【摘要】：催化裂化作为炼油工业中重质油轻质化的核心工艺,一直为我国重质原油的加工发挥着重要作用。当前催化裂化技术正趋于大剂油比操作工艺发展,因此高密度循环流化床提升管的基础研究显得十分迫切。为了充分认识高密度提升管内颗粒流动及结构发展特性,本研究搭建了一套18 m工业提升管高度的综合型循环流化床冷模实验平台,实现了表观气速5~9 m/s、颗粒循环速率100~600 kg/m~2s的高密度操作工况,分别采用压力传感器和光纤探针详细研究了高密度循环流化床提升管内颗粒流动结构发展特性。高密度操作下,提升管内存在大量颗粒,其中G_s达到300 kg/m~2s时,颗粒浓度基本在10%以上。颗粒浓度沿提升管轴向先后呈现出分布板控制区、底部浓相区、过渡区、充分发展区及出口约束区的多段式分布。颗粒浓度在中心稀相区和边壁浓相区沿轴向的发展具有不同步性,中心区域快速达到充分发展,并逐步向边壁区域延伸。在边壁区域内,颗粒浓度分布对操作条件更加敏感,G_s的增大或U_g的减小都会明显减缓颗粒流动的发展,其中尤以颗粒循环速率G_s的影响程度更大。此外采用了颗粒浓度径向不均匀指数量化表明,随着颗粒循环速率的增大,颗粒浓度径向不均匀指数增幅十分明显,高密度条件下径向不均匀程度增强,气固两相作用更为剧烈。通过对比颗粒浓度在不同高度提升管内轴向分布发现,更高的提升管给颗粒提供了足够的空间使其顺利发展,有利于颗粒快速进入充分发展状态,并且,相同操作工况下更高提升管内的颗粒相更少,颗粒流动更为均匀。高密度条件下,需要足够高的提升管才可以完整地观察到颗粒流动结构的发展。高密度操作下,颗粒速度在轴向上表现出底部加速区和出口约束区的两段式分布。相比于低密度条件,颗粒流动结构沿轴向发展速度缓慢,提升管出口效应严重,大大减缓了颗粒运动速度。表观气速的增大或颗粒循环速率的减小均使颗粒速度增加,其中在高密度操作时,颗粒速度随U_g或G_s改变的幅度较小。提升管中心区域颗粒速度很大,颗粒在提升管10 m以下位置均已进入恒速区域,边壁区域颗粒速度较小,难以进入恒速状态。提升管内颗粒速度和颗粒浓度在轴向分布上存在较强的相关性,具体表现为颗粒加速区与过渡区、恒速区与充分发展区在轴向位置上保持较好的对应关系。高密度与低密度下颗粒流动结构发展具有很大的区别,根本原因是由于两种操作条件下气固两相作用力不同。本研究利用提升管内的压力信号,采用功率谱密度方法初步得到了不同操作条件下的气固相互作用程度,高密度操作时功率谱能量高出低密度2个数量级以上,表明气固两相作用程度比低密度条件更为强烈。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.13;TE65
【图文】：

流型图,气固流态化,流型,床层

图 1.1 气固流态化流型Fig. 1.1 The types of gas-solid fluidization开始阶段，进入床层的气速很小，气体流过颗粒间隙到达床层表面于静止状态，该类型的床层称之为固定床；逐渐增加气速，达到颗度时，床层仍然稳定，无气泡产生（对于 A 类），此时颗粒已经开为散式流态化；当气速继续增大时，气体开始以气泡的形式通过床出现波动，此时床层称为鼓泡床；当流化床的高径比相对较大时，会导致床层内的气泡不断长大直至接近流化床内径，形成一段气柱烈的波动现象，此时床层类型为节涌床；继续增大气速，床层内大床内湍动现象明显，床内压降呈现高频低幅现象，将这种类型的流动床；在此基础上继续增大气体流速，颗粒夹带现象明显增多，此内颗粒被吹空，需要通过循环装置回收带出的颗粒，并不断向床层，这种状态即为快速流态化，也叫循环流态化；继续增大气速，床的颗粒停留，整个床层处于稀相状态，颗粒浓度较小，并且在床层均匀，床层压降稳定，此时为气力输送现象。本课题主要研究快速

循环流化床,结构示意图,气固分离,升管

其中在稀相区中视为连续相，颗粒视为分散返混现象，有部分颗粒向下的分布在轴向上呈现 S 型或及特点升管反应器、伴床、气固分离环系统，气固两相在系统内以或逆流运动。如图 1.2 所示是

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