气体热载体干馏炉内压力降的研究.pdf

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1、第35卷第1期东北电力大学学报Vo1．35．No．12015年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．．2015文章编号：1005—2992(2015)O1-0001—06气体热载体干馏炉内压力降的研究秦宏，张成，李建坡，张立栋，刘洪鹏，迟铭书，刘斌2，王擎(1．东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林吉林132012；2．吉林吉顺油页岩开发有限公司，吉林吉林132000)摘要：油页岩在气体热载体干馏炉内干馏过程中，由于块状堆料之间存在不同的空隙，导致气体

2、在空隙中通过，由于阻力的作用，压力会产生损失，行成一定的压降。本研究采用散料层阻力损失计算公式和Ergun方程两种方法对干馏炉的压力降进行计算，并与实际压降进行比较，结果发现这两种方法所得理论值与实际值比较接近，而且变化趋势与实际值基本一致，利用Ergun方程更适用于工程运行。关键词：干馏炉；压力降；散料层；Ergun方程中图分类号：TQ522．15文献标识码：A油页岩是一种含油率在3．5％一30％，由无机矿物质和固体有机质组成的化石燃料。油页岩气体热载体干馏炉属于一种气固热交换设备J，根据实际生产的需要

3、，干馏设备有一个最佳的温度分布，然而要实现最佳的温度分布，就必须有最佳的载气气流分布。干馏炉在最佳载气气流分布的情况下炉内温度分布较为均匀，生产顺利，干馏比较彻底，而且所得到的产物品质较高。为实现最佳气流分布，在保证炉内温度的前提下，热载体流量和床层阻力是关键因素。然而根据能量守恒定律，为了维持干馏温度，一定温度的热载体流量必须维持在某一个特定范围，料层的沿程阻力就成了影响气流分布的关键性因素。有人认为扩大载气进气口会降低载气的进口动能，影响气流在料层中的穿透性和分布的均匀性，然而这种观点是不合理的]，根

4、据“势流理论”，气流在料层中的推动力主要是压差，而不是气流本身所具有的动能，即使气流在喷口处具有一定的动能，但是当碰到块状页岩时将会很快消失。当气流沿着料层继续向上推进时，完全依靠压差，因此热载体喷口的大小对气流的穿透作用影响很小。根据Ergun方程]，料层的透气性对气流阻力影响很大。然而影响料层透气性的主要因素有块状页岩的粒径，堆料中的页岩粉尘量，即堆料的空隙率。1试验介绍试验装置图如图1，此干馏装置属于内热式干馏炉，采用10mm-35mm粒径的油页岩在干馏炉内自上而下进行分布于炉内，干馏之后的半焦残渣

5、经底部排出，干馏过程中热载气直接和页岩颗粒接触，进行对流换热。试验用630c【=的热载气对块状油页岩进行加热，产生页岩油气和瓦斯气，在漩涡风机的作用下经过于馏炉顶部排出干馏炉，在干馏炉顶部形成微负压，热载气在干馏炉料层中通过，在阻力作用下产生压降。收稿日期：2014—12-29基金项目：吉林省重点科技攻关项目(20150204012SF)作者简介：秦宏(1970一)，男，吉林省吉林市人，博士，东北电力大学能源与动力工程学院教授，主要研究方向：油页岩干馏炼油技术研究与开发．2东北电力大学学报第35卷2压力降

6、的计算由于此干馏工艺的干馏炉本体从热载体出口到油气出口是直筒状的，所以可以看作是一个整体。通过试验，冷态试验和热态试验时干馏炉本体压力降如表1和表3，由于本装置是试验装置，与工业装置相比太小，所以压力降不大。干馏炉在热态情况下进行干馏时，块状油页岩发生复杂的化学变化，而且会产生大量的干馏瓦斯气和油气，产物成分比较复杂，研究压力降比较困难，为了简化研究过程，故首先采用冷态试验的参数图1干馏炉示意图进行研究。2．1散料层阻力损失计算公式法根据料层在干馏炉内的分布情况，综合考虑JunSugLee-KoheiOg

7、aw关联式和Martin的试验结果以及德国学者E．Achenbach提出的关联式J，在不考虑颗粒形状系数影响的情况下，选用散料层阻力损失计算公式，计算干馏炉内压力降，如下式(1)：2／4，AP=A—，(1)Z口上式中，阻力系数A按照下面方法计算：A140；其中Re=e，警U；为炉内气体流速，m／s；=hIl4IIq，Jr，，其中q为气体流量，Nm／h，D为干馏炉内径，m；H为气体流经的散料层的高度，m；d为散料间通道的当量直径，m，其中d．3zd；d甲为散料的平均直径，m，其中dc∑C·d，C、分别为不同

8、直径的百分比和平均直径；_厂为料层孔隙度，／=，和rd分别为物料的真实密度和堆积密度；为形，s状系数，近似取1；P为气体密度，kg／m。；为气体的动力粘度，Pa·S。试验选用五种平均直径d的页岩，载气流量为g=18Nm／h，干馏炉内径D=400mm，料层高度为H=1m，料层孔隙度见表1。冷态试验的环境接近于室温和标准大气压，所以空气的运动粘度和密度分别取值为=1．79×10～Pa·s,p=1。205kg／m。代人公式算得流速、