徑向移動(dòng)床反應(yīng)器及其用于催化裂解反應(yīng)的CFD模擬.pdf

1、徑向移動(dòng)床反應(yīng)器由于具有壓降低、流體處理量大、彈性可調(diào)的催化劑顆粒停留時(shí)間以及能實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn)，目前被用于催化劑單程使用周期較長(zhǎng)的輕質(zhì)烴催化裂解制低碳烯烴工藝。然而復(fù)雜的徑向移動(dòng)床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及催化裂解反應(yīng)通常會(huì)導(dǎo)致該類(lèi)反應(yīng)器在軸向與徑向出現(xiàn)流體傳遞（流動(dòng)、傳熱）與反應(yīng)不均的現(xiàn)象。因此，建立徑向移動(dòng)床反應(yīng)器氣-固兩相流模型，剖析反應(yīng)器中流體流動(dòng)特性及反應(yīng)器中輕質(zhì)烴催化裂解反應(yīng)行為對(duì)反應(yīng)器的選擇和優(yōu)化具有重大的意義。
　　本文首先

2、建立冷態(tài)操作下環(huán)形徑向移動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)部氣-固兩相流的完整三維CFD(Computational Fluid Dynamic)模型，采用該模型模擬了不同流型下反應(yīng)器內(nèi)部的兩相流流動(dòng)特性。模型模擬表明:運(yùn)用兩相流模型相對(duì)于單相流模型預(yù)測(cè)的反應(yīng)器軸向非均勻性能更好的與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。無(wú)論是離心流還是向心流環(huán)形徑向移動(dòng)床反應(yīng)器，反應(yīng)器中均存在流體流動(dòng)不均的現(xiàn)象。相比較，離心流反應(yīng)器中流體流動(dòng)更均勻。此外，模型模擬也表明:床層空隙率顯著影響反應(yīng)器中

3、流場(chǎng)分布，床層空隙率越大，流場(chǎng)分布越不均勻。進(jìn)一步，入口氣相流速的大小直接影響著反應(yīng)器中空腔現(xiàn)象的形成，隨著時(shí)間的推移，空腔呈現(xiàn)一個(gè)“形成-增長(zhǎng)-塌落”的過(guò)程，且入口氣速越大，空腔尺寸越大。
　　其次，在上述冷模模型基礎(chǔ)上，耦合C4烴催化裂解的六集總動(dòng)力學(xué)模型建立了熱態(tài)操作下的CP-z型環(huán)形徑向移動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)部?jī)上嗔鱾鬟f與催化裂解反應(yīng)的CFD模型，采用該熱模模型優(yōu)化了反應(yīng)器的操作條件與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模型模擬表明:CP-z型環(huán)形徑向移動(dòng)

4、床反應(yīng)器床層中氣固兩相具有較好的熱傳遞性能，沿反應(yīng)器軸向催化劑床層中溫度及各組分產(chǎn)率/轉(zhuǎn)化率分布存在一定的不均勻分布，在反應(yīng)器中下部尤為嚴(yán)重。反應(yīng)溫度相對(duì)于原料稀釋比及反應(yīng)停留時(shí)間而言，對(duì)目的產(chǎn)物丙烯、乙烯的產(chǎn)率分布影響較大。催化劑初始溫度為923.15 K，反應(yīng)溫度為909.89 K，原料稀釋比為3左右，催化劑床層厚度為0.119 m-0.139 m時(shí)能獲得較高的低碳烯烴產(chǎn)率。此外，模型模擬也表明，環(huán)隙管采用倒錐形結(jié)構(gòu)不僅能改善反應(yīng)器

5、中流場(chǎng)分布均勻性，還能提高低碳烯烴的產(chǎn)率。
　　最后，本文還采用基于歐拉-歐拉兩相流CFD模擬方法對(duì)矩形徑向移動(dòng)床反應(yīng)器氣-固兩相流流體的流動(dòng)行為進(jìn)行了模擬研究。模型模擬表明:對(duì)于矩形徑向移動(dòng)床反應(yīng)器而言，隨著表觀氣速的增大，在床層上部會(huì)出現(xiàn)空腔現(xiàn)象，且空腔尺寸隨著表觀氣速的增大而增大。床層空隙率及料封高度是影響空腔現(xiàn)象形成的關(guān)鍵因素，適當(dāng)?shù)脑龃蟠矊拥目障堵始安捎幂^高的料封高度均能緩解空腔的形成，保證操作的穩(wěn)定性。此外，徑向移動(dòng)床