徑向移動床反應器及其用于催化裂解反應的CFD模擬.pdf

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

2、建立冷態(tài)操作下環(huán)形徑向移動床反應器內(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器內(nèi)部的兩相流流動特性。模型模擬表明:運用兩相流模型相對于單相流模型預測的反應器軸向非均勻性能更好的與實驗數(shù)據(jù)吻合。無論是離心流還是向心流環(huán)形徑向移動床反應器，反應器中均存在流體流動不均的現(xiàn)象。相比較，離心流反應器中流體流動更均勻。此外，模型模擬也表明:床層空隙率顯著影響反應器中

3、流場分布，床層空隙率越大，流場分布越不均勻。進一步，入口氣相流速的大小直接影響著反應器中空腔現(xiàn)象的形成，隨著時間的推移，空腔呈現(xiàn)一個“形成-增長-塌落”的過程，且入口氣速越大，空腔尺寸越大。
　　其次，在上述冷模模型基礎上，耦合C4烴催化裂解的六集總動力學模型建立了熱態(tài)操作下的CP-z型環(huán)形徑向移動床反應器內(nèi)部兩相流傳遞與催化裂解反應的CFD模型，采用該熱模模型優(yōu)化了反應器的操作條件與內(nèi)部結構。模型模擬表明:CP-z型環(huán)形徑向移動

4、床反應器床層中氣固兩相具有較好的熱傳遞性能，沿反應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，在反應器中下部尤為嚴重。反應溫度相對于原料稀釋比及反應停留時間而言，對目的產(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)隙管采用倒錐形結構不僅能改善反應器

5、中流場分布均勻性，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模擬方法對矩形徑向移動床反應器氣-固兩相流流體的流動行為進行了模擬研究。模型模擬表明:對于矩形徑向移動床反應器而言，隨著表觀氣速的增大，在床層上部會出現(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)象形成的關鍵因素，適當?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，徑向移動床