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随着新车用汽油质量标准(GB17930-2011)的实施,炼化企业将面对更严峻的汽油改质形势。与反应温度、剂油比和停留时间等工艺条件一样,气固流动行为对提升管汽油改质效果有着重要影响。本文研究了组合提升管扩径和使用环管进料内构件的新型提升管反应器,尝试通过提高气固接触效率的方法来改善汽油改质效果。在循环流化床冷模实验装置上,对混合提升管和涡旋提升管中的气固流动行为进行了详细研究,并与常规提升管比较。最后,根据冷模实验结果,加工新型提升管热模反应装置,进行了热模反应实验验证。
在新型提升管反应器中,颗粒轴径向分布依然是不均匀的,但扩径结构和使用环管进料内构件可以改善气固流动这种不均匀性。对颗粒浓度的统计学分析发现,不同结构提升管具有特征性气固流动结构。与常规提升管和混合提升管相比较,涡旋提升管有更加连续的气固流动结构变化趋势,减缓了局部的气固分离流动情况。
通过扩径段的颗粒分布和上进料气体分布结果,本文认为气固催化反应主要发生在边壁区。相对气固接触效率(Relative Contact Efficiency,RCE)的径向分布也表明,边壁区的气固接触效率要远高于中心区。通过人为地改变提升管中的气体分布情况,或许能更有效地提高气固接触效果。三种提升管中的截面平均气固气固接触效率(Cross-sectional Contact Efficicency,CCE)都随高度的增加而减少。其中,涡旋提升管的气固接触效果最优,但存在最佳气固比。
涡旋提升管中的气固流动规律要受表观气速Ug和颗粒循环量Gs的影响。与文献报道不同,较小的Ug和较高的Gs可以在涡旋提升管中得到更高的颗粒浓度和更均匀的颗粒轴向分布。与此同时,随着截面高度的增加、Ug的减小以及Gs的增大,中间区颗粒浓度快速减少,而中心区和边壁区则变化不明显。此外,较高喷嘴出口气速、合适的环管直径以及长扩径段有助于改善涡旋提升管的颗粒分布情况。
热模反应结果进一步验证了涡旋提升管在汽油改质方面的优势。水油比的增加对汽油改质的影响比较小,但会使降烯烃效果有所降低。