催化剂汽提器气固流动不均匀性的实验与数值模拟

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1、中图分类号：TQ051.1单位代码：11414学号：2013313026题目催化剂汽提器气固流动不均匀性的实验与数值模拟学科专业化学工程与技术研究方向过程强化博士生梁咏诗指导教师卢春喜教授张永民研究员毕晓涛教授二○一七年九月ExperimentalStudyandNumericalSimulationonHydrodynamicHeterogeneityinFluidizedCatalystStrippersDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijing

2、inpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringByLiangYongshi（ChemicalEngineeringandTechnology）DissertationSupervisorProf.LuChunxiProf.ZhangYongminProf.BiXiaotaoSeptember,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研宂工作所取得的成果，论文。除了文中特别加

3、以标注和致谢的地方外中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研宂成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料，。对本研宄做出贡献的个人和集体均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应贵任。作者签名－：日期：Ｔｙ）／７丨．Ｖ导师签名：／日期：＞７丨＿！八博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送

4、交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被査阅和借阅；学校可以公布学位论，可以采用影印文的全部或部分内容、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文：可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版孕位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意一，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。，７＾７．作者签名：日期：１Ｘ／０导师签名：日期：１￣￣／ｎｒ＼－－Ｉ摘要摘要催化剂汽提技术被广泛应用在流化催化裂化（FCC）和甲醇制烯烃（MTO）等化工工艺中。为

5、解决空筒汽提器汽提效率低的问题，工业上所应用的催化剂汽提器普遍装有挡板，而盘环型挡板是其中最常见的一种。目前对于汽提器气固流动的研究均以汽提器气固分布呈轴对称为前提而忽略了对气固周向分布均匀性的考察，然而高效的汽提性能需要气固在整个汽提器横截面上的良好接触来保证，为了全面认识与评价汽提器流动的均匀性，本研究采用一种多通道光纤测量技术来同步测量不同结构汽提器内周径向气固分布。同时本研究建立起了3维汽提器模型并借助Computationalparticlefluiddynamics（CPFD）模拟方法来进一步探究汽提器气固流

6、动的不均性和汽提性能。本研究深入研究了目前工业装置中普遍使用的传统盘环汽提器内的流动不均问题。实验结果表明，盘环汽提器中存在严重的气固流动周向不均甚至是短路，增大表观气速不能消除这种流动不均或短路；相比传统双流体模拟方法，本研究采用的CPFD模拟方法可以定性并且半定量的预测盘环型汽提器中气固两相的周向分布不均和气相短路；CPFD模拟方法考虑了颗粒粒径分布（PSD）对结果的影响，这很可能是CPFD方法能够预测盘环汽提器气固周向分布不均和气相短路的关键因素。通过CPFD模拟，本研究首次得到了盘或环形挡板上方的催化剂“死区”的

7、分布图，并探究了开孔对于缩减挡板上方催化剂死区的积极作用。最后，基于对挡板上下两侧气固流动不均匀性的分析，结合CPFD模拟方法进一步论证了工业中盘环型汽提器内构件出现的严重磨损是由高速短路气流所夹带的催化剂颗粒不断冲刷内构件所致。鉴于传统盘环汽提器存在的气固流动严重不均等问题，本研究基于前期研究提出了一种新型格栅填料式汽提器以期改善汽提器气固流动的均匀性从而进一步提高汽提器的汽提性能。本研究对格栅汽提器的对比研究表明，格栅汽提器可以消除传统盘环汽提器存在的气固周向短路和开孔盘环汽提器存在的气固径向短路。而且相比于空筒和盘

8、环汽提器，格栅汽提器的气固径向分布更加均匀，因而具备更高的汽提效率。与盘环汽提器相比，格栅汽提器适用于更大的颗粒循环流率操作范围。CPFD的数值模拟表明，新型格栅挡板对气相具有良好的再分布与导向作用，并且格栅汽提器中的气相速度大小在径向分布上比较均匀，更接近于平推流，而空筒和盘环型汽提器的气相速度大小在径向上的分布则