新型液相加氫反應器的開發與流體力學放大研究

《新型液相加氫反應器的開發與流體力學放大研究》是依託浙江大學，由成有為擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型液相加氫反應器的開發與流體力學放大研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：成有為
• 項目類別：聯合基金項目

項目摘要

煤的直接液化以及液化油、渣油、重油、煤焦油的加氫過程都屬於高溫高壓複雜物系極端條件下的過程，現有的沸騰床加氫反應器結構複雜，國產化開發有很大難度。本項目擬針對小顆粒高活性加氫催化劑開發一種結構簡單而具有多方面功能的三相反應器，其要點是採用大高徑比來滿足固體懸浮與良好混合的要求，採用錐形底射流進料來防止顆粒分級和沉積，採用活動填料、導流筒、旋流器等內構件來分別滿足流體分布、漿料循環、三相分離的要求。研究方案擬首先設計系統的冷模實驗考察新型反應器在各種條件下的流體力學性能，然後採用流體動力學相似方法將冷模實驗參數外推套用於工業反應條件，在此基礎上建立統一的三相流體力學模型進行反應器的數學模擬放大。項目擬開發的新型三相反應器有重要套用價值，在流體力學模型和反應器放大方面有多項創新。

結題摘要

沸騰床加氫反應器是煤直接液化及重質油加氫過程中重要裝備，但複雜的結構制約其廣泛套用。針對小顆粒高活性的加氫催化劑，本項目提出了一種結構簡單的多功能的三相反應器，即採用大高徑比來滿足固體懸浮與良好混合的要求，採用錐形底射流進料來防止顆粒分級和沉積，採用活動填料、導流筒、旋流器等內構件來分別滿足流體分布、漿料循環、三相分離的要求。針對該新型反應器開展的流體力學研究工作包括冷模實驗、相似放大以及數學模擬放大三個方面。在冷模實驗方面，考察了不同分布器、導流筒以及列管等內構件在各種三相體系條件下的操作性能，測定相關的流體力學參數。普通氣體分布器的影響限於約3倍直徑高度的局部範圍，初始分布受到布氣方式、表觀氣速及塔徑的影響，同時表觀氣速越大，床徑越小，流動發展越迅速。提出了一種用於估算不同條件下包括含有內構件的三相床分布器影響區長度，其思想是類比圓管單相流入口段長度計算的準數模型，引入“湍動雷諾數”的概念，採用湍流粘度和氣體滑移速度來估算該雷諾數，然後將實驗測定的分布器影響區長度與湍動雷諾數進行關聯。湍流粘度則採用充分發展區的CFD模型進行計算並歸納為氣速、塔徑、內構件的簡單關係式。建立了漿態床的三相（液相、大氣泡相以及小氣泡相）流體力學模型，模型將列管對流動的力學作用等效地考慮為連續分布的體積源項，摒棄了固壁邊界條件的做法。模型能夠反映布氣方式對漿態床內流動的顯著影響，計算給出的不同布氣方式下的氣含率、軸向液速以及液相脈動速度與實驗結果大體相符。本項目提出的新型三相反應器在流體力學模型和反應器放大方面的工作有多項創新，所提出的新型三相反應器在重劣質油加工過程有重要套用價值，已申請了多項發明專利。