超短接觸旋流反應(yīng)器流動(dòng)特征及反應(yīng)行為研究.pdf

1、催化裂化工藝(FCC)是最重要的重油輕質(zhì)化的工藝之一,隨著原料油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化,傳統(tǒng)催化裂化裝置的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、生焦嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量差等弊端日益明顯。因此,非常有必要開(kāi)發(fā)新型催化裂化反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)催化裂化反應(yīng)的高苛刻度條件以?xún)?yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)新型超短接觸旋流反應(yīng)技術(shù),采用數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析的方法,對(duì)旋流反應(yīng)器內(nèi)部氣固兩相流動(dòng)、劑油短時(shí)接觸時(shí)間及裂化反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了全面的研究。
　　 本文首先對(duì)旋流反應(yīng)器三維流動(dòng)梯度場(chǎng)及二

2、次旋流特性進(jìn)行研究,分析混合腔和分離腔內(nèi)的壓力分布、湍流分布特征,考察了固相遷移運(yùn)動(dòng)規(guī)律及顆粒濃度分布,模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):混合腔內(nèi)氣固兩相在低氣速剪切流下接觸混合,為催化反應(yīng)進(jìn)行提供了前提,之后由下部環(huán)形空間均勻流出,經(jīng)導(dǎo)向葉片旋轉(zhuǎn)加速后在分離腔內(nèi)形成強(qiáng)旋流狀態(tài),固相顆粒向邊壁的徑向遷移速度加快,氣固實(shí)現(xiàn)快速分離。
　　 其次,本文對(duì)旋流反應(yīng)器短時(shí)接觸水平及氣固傳熱效果進(jìn)行了研究,主要針對(duì)反應(yīng)器固相停留時(shí)間與高溫下溫度場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行

3、考察,分析得到固相停留時(shí)間分布曲線絕大部分呈單峰分布,固相顆粒達(dá)到排塵口的時(shí)間短而一致,雖然氣固接觸時(shí)間很短,但是氣固兩相垂直正交接觸,快速傳熱,尤其是混合腔入口附近溫度變化梯度較大。
　　 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(混合腔入口位置、葉片位置、葉片出口角和葉片個(gè)數(shù))、不同操作參數(shù)(劑油比、操作溫度、進(jìn)風(fēng)方式和顆粒粒徑)對(duì)旋流反應(yīng)器內(nèi)部流動(dòng)和傳熱的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對(duì)旋流反應(yīng)器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)都有不同程度

4、的影響,并且各參數(shù)對(duì)流動(dòng)和傳熱的交互作用也不可忽略。
　　 最后,本文對(duì)優(yōu)選出的旋流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算內(nèi)部裂化反應(yīng)行為,并將裂化反應(yīng)產(chǎn)品收率與提升管反應(yīng)器進(jìn)行比較,得到以下結(jié)論:雖然旋流反應(yīng)器的最終轉(zhuǎn)化率均低于提升管反應(yīng)器,但就產(chǎn)品選擇性來(lái)說(shuō),旋流反應(yīng)器在改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和減小生焦方面存在優(yōu)勢(shì)。并進(jìn)一步結(jié)合旋流反應(yīng)器特有的壓力場(chǎng)、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng),建立旋流反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)梯度場(chǎng)及反應(yīng)梯度場(chǎng)的匹配關(guān)系。
　　 上述研究工作對(duì)旋流反應(yīng)