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散堆填料汽提器流態(tài)化試驗(yàn)研究
2019-08-28 閱讀：次
用散裝塑料階梯環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽提段內(nèi)構(gòu)件，采用氫氣示蹤法在 90×1000 mm的玻璃裝置 內(nèi)研究了汽提氣表觀線速和催化劑量對(duì)汽提效率、床層膨脹率和床層平均密度的影響規(guī)律 ，并在同樣的操作條件下和空筒汽提段進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn) 中還對(duì)比考察了兩種汽提段內(nèi)汽提氣的停留時(shí)間分布及流動(dòng)差別。試驗(yàn)結(jié)果表明：填料汽提段和空筒汽提段相比不具有較高的汽提效率，而且能允許更高的催化劑量；提高了床層的有效利用率；填料的加入使汽提氣的流動(dòng)返混程度有所減小。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1 表觀線速對(duì)汽提效率的影響
汽提效率是流化床層的氣固接觸傳質(zhì)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。用氫氣做示蹤劑模擬油氣進(jìn)行示蹤試驗(yàn)，示蹤氫氣連續(xù)恒定地向床內(nèi)注入，注入點(diǎn)位于床中心軸線上，氫氣注入點(diǎn)距分布板 0．4m，在注氫點(diǎn)下方 0．2m處取 樣，分別改變汽提線速和催化劑質(zhì)量流率，測(cè)量樣品氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)。以床層 中乳化相內(nèi)夾帶氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)減少量作為評(píng)價(jià)汽提器汽提效率刁％的標(biāo)準(zhǔn)。用下面公式計(jì)算：
數(shù)％；聲為從采樣點(diǎn)抽出的氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)％；Vo為注氫點(diǎn)抽出的氣體電壓響應(yīng)值 (峰值 電壓與基線電壓的差值)；V為采樣點(diǎn)抽出的氣體電壓響應(yīng)值(峰值 電壓與基線電壓的差值)。
催化裂化是煉油廠重要的重質(zhì)油輕質(zhì)化轉(zhuǎn)化過程之一，汽提段使得反應(yīng)器和器之間相互連結(jié)，是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備。進(jìn)入汽提段的油氣總量相當(dāng)于催化劑質(zhì)量的 0．7％ ，約為進(jìn)料質(zhì)量的 2％～4％，其中夾帶在顆粒間隙的約占70％～80％，吸附在催化劑微孔內(nèi)部的約為 20％ ～30％⋯。汽提段的作用就是汽提將待催化劑上吸附的烴類，增加輕質(zhì)油收率，降低焦炭產(chǎn)量。目前，工業(yè)催化裂化裝置中汽提段中的構(gòu)件主要采用的是傳統(tǒng)的人字型擋板和盤環(huán)型擋板兩種結(jié)構(gòu) 。這兩種形式的汽提段汽提效果普遍較低，而且也存在汽提段有效利用空間小、汽提介質(zhì)和催化劑流動(dòng)不均、局部失流態(tài)化和淹流等一系列問題 。對(duì)?氣提段 的改進(jìn)，主要是改善汽提段內(nèi)氣固兩相問的傳質(zhì)。其技術(shù)開發(fā)大多集中在對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn) 。近年來(lái)，國(guó)外有人提出采用類似規(guī)整填料或隔柵做汽提段的內(nèi)構(gòu)件 ～：。本研究采用散裝階梯環(huán)填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)構(gòu) 件。一方面利用填料破碎氣泡，減小氣固相返混、傳質(zhì)表面積；另一方面利用填料的導(dǎo)向作用強(qiáng)化氣固兩相的湍動(dòng)，從而強(qiáng)化氣固兩相傳質(zhì)，以提高汽提效率。
1 試驗(yàn)部分
1．1 流化顆粒及填料物性
本試驗(yàn)所用流化顆粒為催化裂化工業(yè)平衡催化劑，其物性參數(shù)為：平均粒徑 60肚m，堆 積密度 900kg／m ，顆粒密度 1500kg／m ，孔體積 0．259mL／g。試驗(yàn)所用填料為工業(yè)上使用塑料階梯環(huán)，其物性參數(shù)為：直徑 12 mm，高 6 mm，厚 度 1．2 mm，堆 積密度97．8kg／m ，空隙率 0．80m ／m ，比表面積 223m ／m ，填料 172。
1．2 試驗(yàn)裝置和參數(shù)
試驗(yàn)裝置如圖 1所示。該試驗(yàn)裝置主要參數(shù)為：輸送斜管與垂直立管夾角 30。，輸送斜管內(nèi)徑 10 mm，汽提段內(nèi)徑 90mm，汽提段高度 1000mm，提升管內(nèi)徑 10 iq'lm，沉 降器內(nèi)徑 400 mm，沉 降器高 500m m
1．3 試驗(yàn)流程
本研究是以冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)M工業(yè)實(shí)況。模擬汽提汽為空氣，空氣從壓縮機(jī)出來(lái)經(jīng)凈化、穩(wěn)壓后，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后在汽提段底部，經(jīng)氣體分布板進(jìn)入汽提段，沉降器出口氣體經(jīng)除塵器后放空。催化劑由汽提段頂部向下流動(dòng)，與向上流動(dòng)的空氣呈逆流接觸，汽提后的催化劑顆粒進(jìn)入待生斜管，在提升風(fēng)作用下，經(jīng)左側(cè)的提升管進(jìn)入沉降器，往復(fù)。鋼瓶?jī)?nèi)的示蹤氫氣經(jīng)減壓閥、穩(wěn)壓閥后，以恒定流量經(jīng)注氫點(diǎn)注入床層，催化劑吸附夾帶氫氣后向下流動(dòng)。
氣體樣品在真空泵作用下從床層取出進(jìn)入熱導(dǎo)池檢測(cè)器，檢測(cè)器信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。熱導(dǎo)池檢測(cè)器的參比氣為空氣，經(jīng)凈化、計(jì)量后進(jìn)人參比臂。汽提段 床層壓力采用 u型管 壓差計(jì)測(cè)量，床層高度由直尺測(cè)量。
1一減壓閥；2一穩(wěn)壓閥；3一空氣儲(chǔ)罐；4一氫氣鋼瓶；5
轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6一穩(wěn)流閥；7一布袋；8一沉降器；9一電磁閥；10一待生斜管；11一 u管壓差計(jì) ；l2～示蹤氫氣；13一凈化器；14一真空泵；l5一緩沖罐；l6一放空；17一汽提段；18一熱導(dǎo)池；l9一參比氣；20一樣品氣；21～放大器：22一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；23一提升管
圖 1 試驗(yàn)裝置
氣體樣品在真空泵作用下從床層取出進(jìn)入熱導(dǎo)池檢測(cè)器，檢測(cè)器信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。熱導(dǎo)池檢測(cè)器的參比氣為空氣，經(jīng)凈化、計(jì)量后進(jìn)人參比臂。汽提段 床層壓力采用 u型管 壓差計(jì)測(cè)量，床層高度由直尺測(cè)量。
1一減壓閥；2一穩(wěn)壓閥；3一空氣儲(chǔ)罐；4一氫氣鋼瓶；5
轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6一穩(wěn)流閥；7一布袋；8一沉降器；9一電磁閥；10一待生斜管；11一 u管壓差計(jì) ；l2～示蹤氫氣；13一凈化器；14一真空泵；l5一緩沖罐；l6一放空；17一汽提段；18一熱導(dǎo)池；l9一參比氣；20一樣品氣；21～放大器：22一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；23一提升管
圖 1 試驗(yàn)裝置
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1 表觀線速對(duì)汽提效率的影響
汽提效率是流化床層的氣固接觸傳質(zhì)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。用氫氣做示蹤劑模擬油氣進(jìn)行示蹤試驗(yàn)，示蹤氫氣連續(xù)恒定地向床內(nèi)注入，注入點(diǎn)位于床中心軸線上，氫氣注入點(diǎn)距分布板 0．4m，在注氫點(diǎn)下方 0．2m處取 樣，分別改變汽提線速和催化劑質(zhì)量流率，測(cè)量樣品氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)。以床層 中乳化相內(nèi)夾帶氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)的相對(duì)減少量作為評(píng)價(jià)汽提器汽提效率刁％的標(biāo)準(zhǔn)。用下面公式計(jì)算：
數(shù)％；聲為從采樣點(diǎn)抽出的氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)％；Vo為注氫點(diǎn)抽出的氣體電壓響應(yīng)值 (峰值 電壓與基線電壓的差值)；V為采樣點(diǎn)抽出的氣體電壓響應(yīng)值(峰值 電壓與基線電壓的差值)。
在催化劑藏量為 1．5 kg，催化劑質(zhì)量流率為46．7kg／(m2•s)，填料用量為 2L，不同表觀線速的試驗(yàn)條件下，填料汽提段和空筒汽提段的汽提效率變化曲線如圖 2所示。
由圖 2可以看出，隨表觀線速的增加，填料汽提段和空簡(jiǎn)汽提段的汽提效率都隨之提高，但增長(zhǎng)幅度隨著表觀線速的增加而稍有減弱。與填料汽提段相比，空簡(jiǎn)汽提段的汽提效率增長(zhǎng)比較緩慢，這是因?yàn)樵诳胀矁?nèi)氣泡沒有內(nèi)構(gòu)件的約束不斷，傳質(zhì)面積減小，從而導(dǎo)致整個(gè)床層中氣泡相和乳化相之間傳質(zhì)效率降低。從整體上看，填料汽提段汽提效率增長(zhǎng)幅度要高于空筒汽提段，而且汽提效率高于空筒汽提段，只是在表觀線速較低時(shí)填料汽提段汽提效率略低于空簡(jiǎn)汽提段。這是因?yàn)槠釟饬枯^小時(shí)填料處氣體分布不均會(huì)造成偏流，氣固傳質(zhì)效果較差，隨著表觀線速增加，填料的作用逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。填料的加入減小了氣泡相和乳化相在汽提段軸向的返混；同時(shí)改善了流化質(zhì)量，使得整個(gè)床層內(nèi)氣泡平均直徑減小，提高了氣泡相和乳化相的傳質(zhì)面積，從而改善了氣固兩相接觸效果，提高了傳質(zhì)效率。在其它操作條件不變的條件下采用填料汽提段會(huì)比空筒汽提段汽提效率提高 3～4個(gè)百分點(diǎn)。2．2 催化劑量對(duì)汽提效率的影響
在催化劑藏量為 1．5 ，表觀線速為 0．15m／s，填料用量為 2L，不 同催化劑質(zhì)量流率的試驗(yàn)條件下，填料汽提段和空筒汽提段的汽提效率變化曲線
在催化劑藏量為 1．5 ，催化劑質(zhì)量流率為46．7kg／(m •s)，填料用量為 2L，不同表觀線速的試驗(yàn)條件下，料汽提段和空筒汽提段床層膨脹率的變化曲線如圖 5所示。
3 結(jié)論
通過試驗(yàn)表明，散堆填料為內(nèi)構(gòu)件的汽提段和空筒汽提段相比，其汽提效率可提高 2～7個(gè)百分點(diǎn)；填料的使用對(duì)汽提工藝的改進(jìn)是有益的。
在催化劑藏量為 1．5 ，表觀線速為 0．15m／s，填料用量為 2L，不 同催化劑質(zhì)量流率的試驗(yàn)條件下，填料汽提段和空筒汽提段的汽提效率變化曲線
由圖 3可以看出，隨著催化劑量的增加，填料汽提段和空筒汽提段的汽提效率都有所降低，但汽提效率的降低幅度有所不同。這是 因?yàn)榇呋瘎┝吭黾?，使其吸附夾帶的氣體量增加，汽提氣分壓降低，從而導(dǎo)致汽提效率稍有減弱，與空筒汽提段相比填料汽提段汽提效率隨催化劑量的增加而降低的幅度要小的多。在 其它操作參數(shù)不變的條件下，填料汽提段要比空筒汽提段汽提效率高 2～7個(gè)百分點(diǎn)。
2．3 表觀線速對(duì)床層平均密度的影響
在催化劑藏量為 1．5 ，催化劑質(zhì)量流率為46．7kg／(m2•s)，填料用量為 2L，不同表觀線速的試驗(yàn)條件下，填料汽提段和空筒汽提段床層平均密度變化曲線如圖4所示。
由圖 4中可以看出，隨表觀線速度的增加，填料汽提段和空筒汽提段的床層平均密度均呈下降趨勢(shì)。在相同表觀線速下空筒汽提段的平均密度明顯高于填料汽提段，這是由于填料的加入占據(jù)了催化劑的位置，使填料汽提段的催化劑質(zhì)量流速小于空筒汽提段，而汽提氣流量不變，所以床層平均密度降低。
2．4 表觀線速對(duì)床層膨脹率的影響
床層膨脹率 為床層流化時(shí)的高度日與靜床高度 的比值。
在催化劑藏量為 1．5 ，催化劑質(zhì)量流率為46．7kg／(m •s)，填料用量為 2L，不同表觀線速的試驗(yàn)條件下，料汽提段和空筒汽提段床層膨脹率的變化曲線如圖 5所示。
從圖 5中可以看出，隨著表觀線速的增加，填料汽提段和空筒汽提段的床層膨脹率都隨之。在空筒汽提段隨著表觀線速的不同使氣泡在汽提段內(nèi)的大小及聚并速度各不相同，直接影響床層的穩(wěn)定。填料的加入起到了分布器的作用，了氣泡的運(yùn)動(dòng)，重新改變了流化狀態(tài)，使床層趨于穩(wěn)定。從總體上看，在低表觀線速時(shí)，空筒汽提段的床層膨脹率略高于填料汽提段；在較高表觀線速時(shí)，填料汽提段的床層膨脹率略高于空筒汽提段。這表明在較高表觀線速時(shí)填料汽提段更能發(fā)揮其勢(shì)，可以的提高床層的有效利用率。
3 結(jié)論
通過試驗(yàn)表明，散堆填料為內(nèi)構(gòu)件的汽提段和空筒汽提段相比，其汽提效率可提高 2～7個(gè)百分點(diǎn)；填料的使用對(duì)汽提工藝的改進(jìn)是有益的。
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