催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数值模拟.pdf

石油学报(石油加1)
ACIA PEIROLEISNKAPEIROL EUM PROCESSN SECI DN)
催化裂化提升管反应器气液固
3相流动反应的数值模拟
I.气液固3相流动反应模型的建立
高金森徐春明林世雄
(石油人学重质油加工.国家重点实验室,北京102200
郭印诚王希麟
(清忭大学工程力学系,北京100084
摘要在已建立的催化裂化提川管反应器气固两相流动反应模型基仙上,把原料汕液雾的流动、传热气化
过程及其対反应结果的影响全部纳入模型中,対催化裂化提刀管反应器进行了3维微分模拟,考祭了原料液雾
流动气化过科及其影啊,建立了提升管反应器气液固3相流动反应模型、数模拟方法及相应的釈序,利用该
模型対工业提管反应器进行数值模拟研究,可获得原料液雾流动气化过程的重要信息。
关键词提川管反应器原料液雾气液固3相流动反应模型数偵解法
催化裂化提升管反应器气固炳相流动反应模原料油液雾流动气化过程及其影响,建立提升管
型是在气固焫相湍流流动模型和细致的裂化反应反应器气液固3相流动反应模型和数值模拟方法
集总勁力学模型基础上,全面系统地考虑提升管及程序,对提升管反应器内发生的复杂过程进行
内流动传热、传质及反应等复杂因素影响的综理论解析。该模型仍然是针对以留分油为进料的
合性模型。通过对业提升管反应器的数值模拟,反应过程。
可以展示其内部流み、传热、传质及反应等化学
工程细节2.。但是,出才该气固两相流动反应模1物理模型
型把原料油液雾假迓成在进入提丌管时瞬间气
文献[1]分析得到了馏分油催化裂化提升管
化并达到气化温度的气相进料,而木能充分考虑内一系列复尔过程的机理性行为的实际图像。在
原料油液雾的气化过程及其对提丌管内气固两相此某础上进一步分析原料液雾的流动气化过程。
流弥、传热及反应过程的影啊,因而与提升管反工业提升管反应器中.原料油射流速度为50
应器内的实际情形有一定差別。实际上,原料洲70m/る,进入提刀管这一受限空间内,流速约为20
的雾化程度、与催化剂的接触方式和状況、气て化~40m/s在日前使用的原料喷嘴达到60am的雾
状况等初期过程是整个提?管反应过程的重要阶化程度时,原料液雾可在0.23内完成气化以。由
段,对最终反应结果的影响至关重要。目前,国此可以人致推断,液零在提?管内的生存距离为
?外对这一河题的研究日趋重視。本研究就4~8m.相当于提升管长度1~4m。这就是说,在
是在义献[建立的催化裂化提升管反应器气固喷嘴附近形成一原料液雾生存区。在此区城内原
两相流动反应模型基個上在全部考虑て固内相料边气化边反应,所需的热量由催化剂提供。实
流み、传质、传热、裂化反应以及湍流脉动作用际上.这一区域为油气、液雾催化剂共存区。由
的同时,把原料油液雾的流、伐热及气化过程
以及?反应结果的影啊纳入模型中,对催化裂化收稿口期1980-13
提丌管反应器进行3维微分模拟从根本上考察
通讯联系人。
91994-2010chinadcademicjounaEleclronicPublishingHouse.arighsreservedhip//www.cnkine
第3期
催化裂化提升管反应器气液固3相流动反应的数模
」原料流速高,气化吸收热量大,从而加剧了温的湍流流动、传质、传热及反应之间复杂的耦合
度分布和其它分布的不均匀性,所以这是提升管关系。原料液雾相只有自身的流み、吸热和气化
中最复杂的区域。为了描述原料液雾的流动气化过程,同时又受到来自气相和催化剂颗粒的影响。
过程,求解液雾牛存区,在本研究中将液雾作为气相和催化剂颗粒相也是如此。催化裂化提升管
另外一单独的颗粒相来考虑它的流み、传热、え反应器气液固3相流动反应模型的建立就是从这
化,并与气固两相耦合,建立套原料液雾颗粒3相本身的特性和相互之间的影响入手,予以数
相制方程玺
学模型化。这样,求解该数学模型的控制方程组纽,
基丁以上分析,提出了提升管反应器气液固即可掌握提升管反应器内整个流动、传热及反应
3相流动反应的物理模型.见图1。该模型明确表的复尔状况。
达了油气相、原料液雾相以及催化剂颗粒相之间
flow and reaction
Momentum
M
Turbulent energy
transfer
transfe
raster
transter
ase
urbulent flow characteristics of
Hlow anti e
图1提升管反应器气液固3相流动反应的物理模型
Fig. 1 Physica I m odel of gas-liqu id-solid three-phase flow-reaction n FCC riser reactors
流功反应模型在采用多流体模型描述付、可建立
2数学模型
以下的瞬时控制方程组
提升管反应器气液固3相流动反应模型仍然气相连续方
以 Eulerian方法的多流体模型为基础,原料
液雾作为另一颗粒相单独建立守恒方组。除其
a(GP)+5(G
nkn k
(1)
基本假设之外,再假设
气相动量方程
(1)由丁进料为馏分油,原料液雾颗粒在提
升管内最终公个部气化而进入气相
(∈P2w)
vil
(2)原料液雾的升温速率?气化速率为常数,
原料油化温度恒定不变
(3)裂化反应动力学遵循9集总馏分油反应
V// k
动力学模型。
气相组分质量分数方
控匍方程组
根据图1的物理模型?和上述假设,催化裂化
G P
8, (Gpev,,)
提?管反应器内体现气相有反应且气相和顺粒相a
液雾)有质量变化的満流多相流动的气液3相acaa
+Ws+CONK
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