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循环流化床变径提升管冷模实验研究

胡昌松  
【摘要】: 传统单一直径的提升管在工业生产中已经得到了广泛应用,但是也存在着固含率低、易返混、停留时间不易控制等缺点。在原油重质化和劣质化,以及催化汽油降烯烃、催化裂化多产低碳烯烃等方面的迫切要求下,一系列新的催化裂化工艺应运而生,这些工艺很多都涉及到了提升管上的变径技术。而认识循环床提升管,特别是变径段内的气固两相流特性是研究和开发新型变径提升管反应器的重要基础。为此设计一套内径50mm、高8.3m的提升管冷模装置,并完成在实验室内的安装、调试以及系统的投运。 在表观气速Ug为3.5~5.3m/s,循环量Gs为25-54 kg/(m2·s)范围内(装置改造后循环量能够达到73 kg/(m2·s)左右),测定了提升管12个高度截面上的局部颗粒浓度,考察了操作条件对变径提升管内轴、径向颗粒浓度分布的影响。重点是考察扩径段结构参数的影响:包括扩径段直径(分别设为84、95和120mm)、扩径段上部锥角α(分别取30°、50°和70°)以及扩径段下部锥角β(分别取50°、70°和90°)。 实验结果表明,采用变径提升管后,扩径段部分固含率显著提高,而上部等径部分差别不大。所以利用扩径结构可以灵活调整提升管内催化剂密度和停留时间。变径提升管固含率轴向分布整体上呈现为上稀下浓的分布形式,且固含率高的部分主要集中于扩径段的下部,扩径段上部固含率有时会低于等径段。因此,在一定的操作条件下,扩径段的“增浓”效应仅仅限于一定的高度范围内。增大Gs或减小Ug,提升管内任何位置的局部颗粒浓度都增大,颗粒浓度分布的径向不均匀性也增大,主要是由于边壁附近颗粒浓度增加显著。在较高颗粒循环速率下,扩径段内也存在环―核流动结构。 扩径段结构参数对固含率分布的影响可以概括为:随着扩径段直径的增大,扩径段内尤其是扩径段底部固含率显著增加,而上部等径段固含率变化相对较小。随着底部锥角增大,扩径段底部固含率有所提高,但是扩径段底部边壁处的催化剂滑落和返混严重,固含率径向分布的不均匀性增大;而对于较小的底部锥角来说,在保证底部高固含率的同时也能改善气固分布。由于改造前扩径段上部的固含率已显著降低,未发现顶部锥角对扩径段内固含率分布有显著影响;装置改造后发现,随着顶部锥角的增大,扩径段上部靠近边壁附近的固含率增大,固含率径向分布的不均匀性也增大,这同底部锥角的影响类似。


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