甲醇制烯烴流化床反應(yīng)器內(nèi)顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究.pdf

1、甲醇制烯烴技術(shù)已成為我國(guó)低碳烯烴生產(chǎn)的重要技術(shù)路線。甲醇制烯烴反應(yīng)器內(nèi)催化劑顆粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與反應(yīng)器內(nèi)氣泡、顆粒聚團(tuán)等非均勻結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，影響了催化劑在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間分布，對(duì)催化劑積碳量的調(diào)控以及產(chǎn)物選擇性的提高有重要影響。因此對(duì)甲醇制烯烴反應(yīng)器內(nèi)催化劑顆粒的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行研究是甲醇制烯烴反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的重要依據(jù)。
　　湍動(dòng)流化床反應(yīng)器是甲醇制烯烴工業(yè)裝置常用的反應(yīng)器。本文基于隨機(jī)游走理論，針對(duì)湍動(dòng)流化床反應(yīng)器，將圖像處理技術(shù)、

2、光纖成像技術(shù)與顆粒擴(kuò)散系數(shù)的研究相結(jié)合，建立了基于圖像法的湍動(dòng)流化床顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法。該方法通過(guò)高速相機(jī)記錄流化床內(nèi)顆粒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像，利用互相關(guān)圖像處理技術(shù)得到顆粒的位移，最終結(jié)合顆粒擴(kuò)散的隨機(jī)游走理論得出顆粒的平均擴(kuò)散系數(shù)。
　　針對(duì)甲醇制烯烴SAPO-34催化劑設(shè)計(jì)并搭建了二維及三維冷態(tài)湍動(dòng)流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)。首先利用非接觸式圖像法在二維湍動(dòng)床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采集壁面附近的顆粒運(yùn)動(dòng)圖像，驗(yàn)證了基于非接觸式圖像法的顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法的

3、可行性，進(jìn)而利用光纖內(nèi)窺探頭采集三維冷態(tài)流化床內(nèi)部的顆粒運(yùn)動(dòng)圖像，驗(yàn)證了基于光纖式圖像法的顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法的可行性。兩種方法互相補(bǔ)充，對(duì)湍動(dòng)床內(nèi)不同位置的顆粒擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，共同構(gòu)建了基于圖像法的顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法。
　　通過(guò)操作氣速的改變及對(duì)平均粒徑70μm、80μm和100μm三種SAPO-34顆粒的擴(kuò)散系數(shù)的研究，分析了操作氣速及顆粒粒徑對(duì)顆粒平均縱向擴(kuò)散系數(shù)和橫向擴(kuò)散系數(shù)的影響，并通過(guò)與其他文獻(xiàn)的對(duì)比證明了基于圖

4、像法的顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法的可行性。實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的湍動(dòng)床顆粒平均縱向擴(kuò)散系數(shù)普遍在10-2m2/s至10-1m2/s量級(jí)，顆粒平均橫向擴(kuò)散系數(shù)多在10-3m2/s至10-2m2/s量級(jí)。該結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果基本一致。湍動(dòng)床內(nèi)顆?？v向擴(kuò)散系數(shù)和橫向擴(kuò)散系數(shù)均隨著流化風(fēng)速的上升而增大，相同操作條件下粒徑較小的顆?；旌虾蛿U(kuò)散更加強(qiáng)烈，這一趨勢(shì)也得到了相關(guān)文獻(xiàn)的證實(shí)。
　　與其他方法相比，基于圖像法的湍動(dòng)床顆粒擴(kuò)散系數(shù)研究方法操作規(guī)