FCC提升管反應(yīng)器中終止劑注入對裂化反應(yīng)的影響

王敏，吳迎亞，藍(lán)興英，高金森

（中國石油大學(xué)（北京）重質(zhì)油國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

FCC提升管反應(yīng)器中終止劑注入對裂化反應(yīng)的影響

王敏，吳迎亞，藍(lán)興英，高金森

（中國石油大學(xué)（北京）重質(zhì)油國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

通過對催化裂化提升管注入終止劑前后的工況進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了終止劑注入對提升管內(nèi)速度分布、催化劑顆粒濃度分布、溫度分布以及組分濃度分布的影響，考察了不同注入量以及注入高度的終止劑在提升管內(nèi)的作用區(qū)域及其對裂化反應(yīng)的影響。研究表明，終止劑的注入大幅提升了提升管內(nèi)的油氣速度，降低了催化劑濃度、油氣和催化劑的溫度，使得提升管內(nèi)原料的裂化程度降低，二次反應(yīng)減少。且不同注入量和注入高度的作用區(qū)域不同，對裂化反應(yīng)的影響不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行分析。

提升管；催化裂化；終止劑；計算流體力學(xué)

引　言

催化裂化在煉油工業(yè)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，其全球日產(chǎn)量可達(dá)1500萬桶［1］，約占全球成品油總產(chǎn)量的18%。在我國，催化裂化作為重質(zhì)油輕質(zhì)化的主要手段，其2014年催化裂化原油加工能力占總原油加工能力的28.21%［2］。作為催化裂化裝置的核心部分，提升管內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的平行-順序反應(yīng)，其目標(biāo)產(chǎn)物汽油和柴油為中間產(chǎn)物，因此控制反應(yīng)深度尤為重要。目前隨著原料重質(zhì)化、劣質(zhì)化，為了保證提升管進(jìn)料段原料油能夠在短時間內(nèi)充分汽化，大多數(shù)煉廠采用提高油氣和催化劑的混合溫度的方法。然而，進(jìn)料段溫度的提高會導(dǎo)致整個提升管內(nèi)部溫度的上升，使得油氣過裂化，進(jìn)而導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物收率的降低。為獨(dú)立控制提升管進(jìn)料段油劑混合溫度以及中上部油氣反應(yīng)溫度，國外采用的技術(shù)有 IFP公司提出的 MTC混合控溫技術(shù)［3-4］、Kellogg公司設(shè)計的提升管急冷技術(shù)［5］等。目前我國采用的一種靈活、簡單、高效的方法為終止劑技術(shù)，通過在提升管的某一部位注入冷卻介質(zhì)，優(yōu)化提升管內(nèi)部的溫度分布，從而優(yōu)化產(chǎn)物分布。

在我國80%以上的FCC裝置具有使用終止劑的能力或正在使用終止劑技術(shù)。影響終止劑注入效果的工藝參數(shù)主要有終止劑的注入位置、注入量以及終止劑的類型等［6］。對于這些參數(shù)的確定，高金森等［7-9］通過對采用了反應(yīng)終止劑技術(shù)的提升管反應(yīng)器進(jìn)行數(shù)值模擬研究，確定了相應(yīng)的終止劑注入位置，選取了終止劑類型和注入量。在理論分析及模擬計算的基礎(chǔ)上，董偉等［10］根據(jù)勝利石油化工總廠重油催化裂化裝置提升管反應(yīng)器的實(shí)際情況，選定輕污油及直餾汽油作為終止劑進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)終止劑的使用提高了輕質(zhì)油的收率，降低了干氣、焦炭等二次產(chǎn)物產(chǎn)率。此外多家煉廠［11-20］也通過在裝置上探索，對比了終止劑的注入位置、注入量以及終止劑的類型等對提升管內(nèi)溫度分布、各產(chǎn)物產(chǎn)率等方面的影響。然而，大部分對于終止劑的探索的關(guān)注點(diǎn)都在出口處的溫度以及產(chǎn)物濃度，實(shí)際上，不同注入條件下終止劑的流動區(qū)域不同，終止劑與油氣和催化劑進(jìn)行質(zhì)量傳遞、動量傳遞、熱量傳遞的作用范圍也不盡相同，進(jìn)而對反應(yīng)過程產(chǎn)生了不同影響，最終導(dǎo)致了出口處溫度以及產(chǎn)物濃度的變化。因此本文通過數(shù)值模擬，研究提升管終止劑的不同注入條件對系統(tǒng)內(nèi)流動、傳熱以及反應(yīng)行為的影響，揭示終止劑的作用機(jī)理，為其實(shí)際工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　模擬方法

1.1模擬對象

以某煉廠催化裂化裝置提升管反應(yīng)器為模擬對象，取預(yù)提升段5 m，提升管直管段33.12 m，出口橫管段7.176 m。具體的操作條件見表1。終止劑選用120℃的水蒸氣，注入量分別為原料的0%、5%、10%，終止劑入口高度分別選取距原料油噴嘴15、24 m。

表1　模擬條件Table 1　Simulation conditions

1.2提升管綜合數(shù)學(xué)模型

提升管內(nèi)低溫油氣和高溫催化劑接觸瞬間汽化，氣液固三相湍流流動，流動、傳熱、反應(yīng)高度耦合［21］。目前針對提升管的模型主要為耦合 CFD流動模型與集總動力學(xué)模型的綜合數(shù)學(xué)模型。Theologos等［22-25］最早將三維CFD流動模型與集總動力學(xué)模型結(jié)合來模擬提升管內(nèi)流動與反應(yīng)過程，但未考慮各相湍流流動特性。Gao等引入 k-ε-kp湍流模型并結(jié)合描述我國重油催化裂化的十三集總動力學(xué)模型對工業(yè)提升管進(jìn)行模擬［26］，之后考慮原料油霧滴汽化，建立了提升管三維三相流動反應(yīng)耦合模型［27］。對于提升管內(nèi)的流動，目前多采用歐拉-歐拉雙流體模型，氣相與固相具有各自的流動特性且相間發(fā)生著動量、質(zhì)量、熱量等傳遞過程。對于反應(yīng)，主要采用集總動力學(xué)模型。Weekman等首先提出集總理論，開發(fā)了三集總動力學(xué)模型［28］，之后對原料油集總進(jìn)行進(jìn)一步劃分，提出催化裂化十集總反應(yīng)動力學(xué)模型［29］。洛陽石化工程公司和華東理工大學(xué)［30］結(jié)合我國催化裂化特點(diǎn)，建立了催化裂化十一集總動力學(xué)模型。本文流動模型采用歐拉-歐拉雙流體模型，裂化反應(yīng)動力學(xué)模型為渣油十四集總動力學(xué)模型［31］。由于提升管反應(yīng)器體系新增終止劑組分，在原有提升管模型［31］的基礎(chǔ)上增加終止劑組分方程，見表2，其中i為終止劑組分。

表2　終止劑組分方程Table 2　Component equation of term inator

1.3模擬方法

根據(jù)工業(yè)裝置的實(shí)際情況，構(gòu)建該提升管反應(yīng)器的三維幾何模型，采用ICEM軟件對該幾何模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并對噴嘴入口和壁面附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，網(wǎng)格數(shù)量總共約為50萬個。之后以FLUENT軟件為平臺，結(jié)合某煉廠裝置所測數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行驗(yàn)證，表3為工業(yè)裝置所測數(shù)據(jù)與模擬值對比情況，由表3可見模型誤差較小。之后采用驗(yàn)證后的模型對提升管內(nèi)注入終止劑前后的流動、傳熱以及反應(yīng)情況進(jìn)行考察。

表3　工業(yè)裝置數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對比情況Table 3　Com parisons between industrial data and simulation data

2　結(jié)果與討論

2.1終止劑注入對裂化反應(yīng)的影響

終止劑注入后，提升管反應(yīng)器內(nèi)流動狀態(tài)發(fā)生明顯變化。圖1為終止劑注入前后提升管內(nèi)氣相速度矢量的變化情況，由圖可見，終止劑注入后，其入口附近油氣速度大幅提升，部分油氣向管中心區(qū)域流動。該油氣速度的變化一方面受注入終止劑氣流的影響，另一方面由于低溫終止劑與高溫油氣接觸換熱后升溫汽化而引起。終止劑的注入對油氣速度矢量的影響程度與終止劑注入量、入射角度、終止劑類型等有關(guān)。

提升管內(nèi)顆粒體積分?jǐn)?shù)分布特點(diǎn)為邊壁大中心小，中心區(qū)域與邊壁區(qū)域的顆粒體積分?jǐn)?shù)相差較大。提升管反應(yīng)器從其邊壁處注入終止劑后，必然會對其邊壁處的顆粒體積分?jǐn)?shù)分布產(chǎn)生影響。注入終止劑后提升管內(nèi)不同截面上催化劑濃度分布如圖2所示，在終止劑流過的區(qū)域，催化劑濃度明顯降低，而終止劑未流過的區(qū)域，催化劑濃度變化不大。這是由于終止劑的注入，使得該區(qū)域氣相體積增加，相對而言催化劑體積分?jǐn)?shù)就降低。沿提升管高度方向，隨著終止劑的徑向擴(kuò)散作用，催化濃度差異減小。

由于終止劑的汽化吸熱和升溫作用，終止劑的注入會引起提升管反應(yīng)器內(nèi)溫度的變化。圖 3為注入終止劑后提升管各截面油氣溫度的變化情況。由圖可看出，在終止劑流過的區(qū)域，溫度明顯降低，而終止劑未流過的區(qū)域，溫度變化不大，沿著提升管高度方向，油氣溫度逐漸分布均勻。這是由于與油氣相比終止劑的溫度較低，終止劑流經(jīng)的區(qū)域，終止劑所占比例大，而且還來不及與油氣進(jìn)行熱量交換，使得該區(qū)域溫度較低；沿提升管高度方向，終止劑不斷與油氣進(jìn)行熱量交換，溫度逐漸升高。

圖1　終止劑注入前后氣相速度矢量圖Fig.1　Gas velocity vector w ith injection of term inator

圖2　終止劑注入后提升管內(nèi)催化劑顆粒體積分?jǐn)?shù)分布Fig.2　Contour of solid volume fraction w ith injection of terminator

圖3　終止劑注入后提升管內(nèi)油氣溫度分布Fig.3　Contour of temperature in riser with injection of terminator

注入終止劑后，提升管內(nèi)各組分的濃度受到的影響有：終止劑的注入造成流動不均勻性，使得各組分濃度在不同區(qū)域產(chǎn)生不同變化；終止劑的注入影響了停留時間、反應(yīng)組分濃度、催化劑濃度、反應(yīng)溫度，進(jìn)而對裂化反應(yīng)造成影響，使得反應(yīng)生成的各產(chǎn)物的量發(fā)生改變。因此終止劑的注入對組分濃度的影響為多因素共同作用的結(jié)果。

表4　終止劑注入后提升管內(nèi)產(chǎn)物收率分布Table 4　Change in yield of products w ith injection of term inator

表4為終止劑注入前后提升管反應(yīng)器出口處產(chǎn)物的收率。與不注入終止劑相比，終止劑注入后，提升管內(nèi)原料的裂化程度降低，二次反應(yīng)也相應(yīng)減少，汽油收率提高，干氣、液化氣和焦炭的收率都有所降低?？梢?，所注入的終止劑的確起到了終止部分二次裂化反應(yīng)的作用，且終止劑對二次反應(yīng)的終止作用隨終止劑的注入量的增加而增大，隨注入高度的升高而減小。

圖4　終止劑注入后汽油濃度分布Fig.4　Contour of mass fraction of gasoline w ith injection of term inator

為進(jìn)一步考察終止劑注入對組分濃度的影響，圖4給出了終止劑注入后提升管內(nèi)汽油濃度分布。終止劑注入后，在終止劑流過的區(qū)域，汽油濃度明顯降低；而終止劑未流過的區(qū)域，汽油濃度變化不大。沿提升管高度方向，由于汽油組分的擴(kuò)散作用以及終止劑對二次反應(yīng)的抑制，汽油濃度逐漸增加。

2.2終止劑注入量對裂化反應(yīng)的影響

終止劑的注入使得一定范圍內(nèi)的分子數(shù)增加，流速明顯提高，這將縮短油氣在提升管的反應(yīng)時間，自然也減少了二次裂化反應(yīng)的發(fā)生，有利于產(chǎn)物分布。然而不同注入量下終止劑的主要作用區(qū)域不同，對提升管內(nèi)不同位置的流速造成的影響不同，進(jìn)而對各處反應(yīng)的影響也不相同。

圖5為不同終止劑注入量下的終止劑濃度分布，由圖可以看出，當(dāng)終止劑注入量為 5%時，由于終止劑注入量較小，射流沖擊作用小，終止劑主要貼著提升管管壁流動，因此邊壁處的油氣速度大幅增加，停留時間大幅縮短。當(dāng)終止劑注入量為10%時，終止劑注入量較大，射流沖擊作用強(qiáng)，大部分終止劑向管中心區(qū)域流動，因此中心處的油氣速度大幅增加，停留時間大幅縮短。

終止劑在沿高度方向流動的同時，在徑向逐漸向中心區(qū)域擴(kuò)散，不同注入量的終止劑擴(kuò)散情況也不盡相同。表5統(tǒng)計了注入終止劑后提升管不同位置處終止劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，選取位置如圖6所示。當(dāng)終止劑注入量為5%時，注入10 m后，終止劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在噴嘴上方邊壁附近B處為15.7%，而在中心區(qū)域A處為2.5%，邊壁C處僅0.5%，說明注入10 m后，終止劑逐漸由邊壁B處擴(kuò)散到了中心區(qū)域，但還未擴(kuò)散至邊壁C處。終止劑注入15 m后，終止劑逐漸擴(kuò)散至邊壁C處，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.7%，遠(yuǎn)低于預(yù)期。當(dāng)終止劑注入量為10%時，注入5 m后，終止劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中心區(qū)域A處為11.5%，在噴嘴上方邊壁附近B處為3.5%，邊壁C處僅0.5%，說明注入5 m后，終止劑逐漸由中心區(qū)域擴(kuò)散到了邊壁B處，但還未擴(kuò)散至邊壁C處。終止劑注入10 m后，終止劑逐漸擴(kuò)散至邊壁C處，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4%，低于邊壁B處。終止劑注入15 m后，邊壁B處和C處的終止劑濃度基本相等。

表5　不同終止劑注入量下提升管內(nèi)不同位置處終止劑濃度分布Table 5　M ass fraction of term inator in different position w ith different mass flux of term inator

綜合以上分析，終止劑注入量較少時，終止劑的主要作用區(qū)域?yàn)閲娮焐戏竭叡谔帲⑷胍欢尉嚯x后終止劑才擴(kuò)散到中心區(qū)域且濃度始終低于噴嘴上方邊壁處，除了噴嘴上方附近區(qū)域的邊壁處外，其他邊壁處終止劑濃度始終偏低，終止劑起不到應(yīng)有的作用。終止劑注入量較多時，終止劑的主要作用區(qū)域?yàn)橹行膮^(qū)域，注入后逐漸擴(kuò)散至其他區(qū)域，各邊壁處的終止劑濃度基本相等，但仍略小于中心區(qū)域。

圖5　不同終止劑注入量下的終止劑濃度分布Fig.5　Mass fraction of term inator w ith different mass flux of term inator

圖6　選取位置分布Fig. 6　Distribution of different position in cross section

為考察不同終止劑注入量對催化劑濃度分布的影響，對終止劑噴嘴上方的區(qū)域的催化劑濃度分布進(jìn)行重點(diǎn)分析，如圖7所示。不同終止劑注入量下催化劑濃度降低的區(qū)域不同，終止劑注入量較大時，催化劑濃度降低的范圍主要在提升管中心區(qū)域，而終止劑注入量較小時，催化劑濃度降低的范圍主要為提升管管壁區(qū)域。當(dāng)終止劑注入量為10%時，由于射流作用較大，噴嘴附近出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，使得附近的催化劑往負(fù)壓區(qū)流動，出現(xiàn)了圖中所示的在噴嘴正上方的區(qū)域催化劑濃度反而高的情況。

圖7　不同終止劑注入量下催化劑濃度分布Fig.7　Contour of solid volume fraction in riser w ith different mass flux of term inator

對比不同終止劑注入量下的提升管內(nèi)溫度分布情況，從圖8可以看出，隨著終止劑注入量的增加，終止劑流過的區(qū)域面積增加，使得提升管內(nèi)溫度低的區(qū)域增加。沿提升管高度方向，隨著終止劑不斷與油氣發(fā)生熱量交換，溫度降低的幅度逐漸減弱。當(dāng)終止劑注入量較少時，終止劑主要是與噴嘴上方的管壁附近的油氣發(fā)生熱量交換，該區(qū)域附近溫度大幅降低；當(dāng)終止劑注入量較大時，終止劑進(jìn)入了提升管中心，終止劑主要是與管中心的油氣發(fā)生熱量交換，中心區(qū)域溫度大幅降低。注入終止劑的主要目的就是降低油氣溫度，減少二次裂化反應(yīng)發(fā)生。終止劑注入量影響管內(nèi)油氣溫度分布，從而也將影響二次反應(yīng)的發(fā)生情況，最終影響產(chǎn)物組成情況。

圖8　不同終止劑注入量下提升管不同高度截面溫度分布Fig.8　Contour of temperature in riser w ith different mass flux of terminator

為了便于對比分析終止劑注入量對組分濃度的影響，對終止劑噴嘴上方區(qū)域的汽油濃度分布情況進(jìn)行重點(diǎn)分析，如圖9所示。對比不同終止劑注入量下提升管內(nèi)組分濃度分布情況，當(dāng)終止劑注入量較少時，噴嘴上方管壁附近組分濃度明顯下降，而管中心濃度變化不大。當(dāng)終止劑注入量較大時，終止劑進(jìn)入了提升管中心，管中心的組分濃度明顯下降。隨著終止劑濃度的增加，該區(qū)域內(nèi)一次反應(yīng)產(chǎn)物汽油、柴油收率提高，二次反應(yīng)產(chǎn)物干氣、液化氣、焦炭收率降低。

在提升管中，邊壁處催化劑濃度比中心處高，二次反應(yīng)速率也比中心處高，注入終止劑時，為抑制二次反應(yīng)，理想的終止劑分布應(yīng)為邊壁處高于中心處。然而，當(dāng)終止劑注入量較高時，雖能有效擴(kuò)散至各區(qū)域，但中心區(qū)域濃度大于邊壁處，造成了終止劑的浪費(fèi)；當(dāng)終止劑注入量較低時，雖然邊壁處終止劑濃度大于中心處，但由于目前大多數(shù)提升管裝置的終止劑入口只有兩個，終止劑無法擴(kuò)散至全區(qū)域，遠(yuǎn)離噴嘴上方的邊壁區(qū)域終止劑濃度過低，無法形成理想的終止劑濃度分布。因此建議增加終止劑噴嘴，即可在終止劑注入量較小的條件下增加終止劑在邊壁處的作用區(qū)域，從而更為有效地減少二次反應(yīng)的發(fā)生。

圖9　不同終止劑注入量下汽油濃度分布Fig. 9　Contour of mass fraction of gasoline w ith different mass flux of term inator

2.3終止劑注入高度對裂化反應(yīng)的影響

對于終止劑注入高度對終止劑作用區(qū)域的影響，從圖10不同終止劑注入高度下的終止劑濃度分布可看出，其主要影響的是終止劑在軸向上的作用范圍。由圖 10（a）可以看出，當(dāng)終止劑注入高度為15 m時，終止劑注入約17 m進(jìn)入出口橫管段。而當(dāng)終止劑注入高度為24 m時，終止劑注入約8 m就進(jìn)入出口橫管段。

圖10　不同終止劑注入高度下的終止劑濃度分布Fig.10　Mass fraction of term inator w ith different teem ing height

表6統(tǒng)計了終止劑注入量為10%時，不同注入高度下提升管不同位置處終止劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)終止劑注入高度為24 m時，出口橫管段前的截面處，邊壁B處終止劑濃度為5.9%，低于注入高度15 m的提升管的該處濃度，而邊壁C處終止劑濃度只有0.8%，說明終止劑在非噴嘴上方的邊壁處始終未達(dá)到足夠濃度。終止劑注入后，需要空間進(jìn)行充分?jǐn)U散，因此注入位置的升高會導(dǎo)致在高度方向沒有足夠的區(qū)域使得終止劑充分?jǐn)U散，進(jìn)而增加終止劑對速度影響的不均勻性。

表6　不同終止劑注入高度下提升管內(nèi)不同位置處終止劑濃度分布Table 6　Mass fraction of term inator in different position w ith different teem ing height

注入高度對終止劑徑向作用范圍的影響較弱，由圖10（b）可看出，對于不同注入高度的提升管，當(dāng)終止劑注入8 m后，橫截面上的終止劑濃度分布區(qū)別不大。注入高度為24 m的提升管終止劑濃度高的區(qū)域分布略為分散，這是由于在提升管中隨著高度的增加，裂化生成的氣體體積增加，油氣氣速增大，終止劑注入時射流沖擊作用變?nèi)酢?/p>

圖11為終止劑注入量10%時不同注入高度下提升管內(nèi)溫度的分布情況。從圖中可看出終止劑注入后，提升管內(nèi)溫度急劇降低，且不同終止劑注入高度使得提升管內(nèi)溫度降低的范圍不同，終止劑注入高度越高，提升管內(nèi)溫度降低的范圍越小，終止劑未能與油氣和催化劑進(jìn)行充分的熱量交換，使得提升管內(nèi)終止劑入口以上區(qū)域溫度分布不均勻，進(jìn)而影響到反應(yīng)過程。

圖11　不同注入高度下提升管溫度變化Fig.11　Temperature in riser w ith different teem ing height

終止劑的注入高度對組分濃度的影響見表4，隨著注入位置的升高，汽油收率不斷降低，而干氣、液化氣和焦炭收率不斷增加。提高終止劑的注入高度，高溫條件下油氣與催化劑的接觸時間增加，因而終止裂化反應(yīng)的效果逐漸減弱，此時原料油的轉(zhuǎn)化率逐漸增加，汽油收率降低，干氣、液化氣及焦炭的收率則逐漸增加。可見，終止劑注入位置的選擇十分重要，應(yīng)在保證提升管反應(yīng)深度的同時盡可能減少發(fā)生二次裂化反應(yīng)。隨著終止劑注入量的增加，對裂化反應(yīng)的終止效果越明顯，因此汽油收率不斷增加，而干氣、液化氣和焦炭收率降低。

3　結(jié)　論

通過對某廠催化裂化裝置的提升管反應(yīng)器終止劑技術(shù)實(shí)施方案進(jìn)行模擬研究，分析了終止劑的注入對提升管內(nèi)速度分布、催化劑顆粒濃度分布、溫度分布以及組分濃度的影響，分析了不同終止劑注入量和注入高度的不同作用區(qū)域及其影響，得到如下結(jié)論。

（1）終止劑的注入使得作用區(qū)域內(nèi)入口附近油氣速度大幅提升，油氣停留時間縮短，催化劑濃度有所降低。低溫終止劑與油氣和催化劑接觸換熱使得作用區(qū)域內(nèi)溫度降低。受以上變化的綜合影響，終止劑的注入減少了二次反應(yīng)，提高了中間產(chǎn)物汽油、柴油的產(chǎn)率。

（2）不同終止劑的注入量對于終止劑在徑向上的分布情況影響較大。當(dāng)終止劑注入量較少時，終止劑濃度在徑向上的分布為噴嘴上方的邊壁區(qū)域＞中心區(qū)域＞遠(yuǎn)離噴嘴上方的邊壁區(qū)域；注入量較多時，終止劑濃度在徑向上的分布為中心區(qū)域＞噴嘴上方的邊壁區(qū)域≥遠(yuǎn)離噴嘴上方的邊壁區(qū)域。

（3）終止劑注入高度對于終止劑在軸向上的分布情況影響較大，對終止劑徑向分布情況影響較小。隨著注入高度的增加，終止劑的作用范圍減小，對二次反應(yīng)的抑制作用減弱。

（4）在提升管中注入終止劑時，為抑制二次反應(yīng)，理想的終止劑分布應(yīng)為邊壁處高于中心處。然而目前大多數(shù)提升管裝置的終止劑入口只有兩個，無法形成理想的終止劑濃度分布，因此建議增加終止劑噴嘴，增加終止劑在邊壁處的作用區(qū)域，從而更為有效地減少二次反應(yīng)的發(fā)生。

符號說明

Pr ——湍流擴(kuò)散Prandtl數(shù)

S ——源項

Y ——質(zhì)量分?jǐn)?shù)

Γ ——擴(kuò)散系數(shù)，kg·m-2·s

μ ——黏度，N·m-2·s

Φ ——一般變量

下角標(biāo)

i ——組分

g ——?dú)庀?/p>

p ——顆粒相

t ——時間

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Effect of term inator injection on catalytic cracking reactions in FCC riser

WANG M in， WU Yingya， LAN Xingying， GAO Jinsen
（State Key Laboratory of Heavy Oil Processing， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

The flow， heat transfer and reaction behaviors in the fluid catalytic cracking （FCC） riser before and after the injection of terminator were simulated by the computational fluid dynam ics （CFD） method. Distributions of velocity， solid catalyst volume fraction， temperature， and species concentration in FCC riser were obtained after the injection of term inator. Besides， the action zone of the terminator and the effect on cracking reactions were analyzed w ith different mass fraction and teem ing height of the term inator. The simulation results showed that w ith injection of the terminator， the velocity of oil gas was increased but volume fraction and temperature of the catalyst as well as temperature of the oil gas were decreased. The change in flow and the heat transfer caused the reduction in degree of the cracking reactions and the secondary reaction of oil gas in the riser， which resulted in a higher yield of gasoline and lower yields of dry gas， LPG and coke. The action zone and the effect on cracking reaction varied w ith different mass fraction and teem ing height of the terminator， which should be evaluated by actual process conditions.

riser； fluid catalytic cracking； term inator； computational fluid dynam ics

date: 2016-04-07.

LAN Xingying， lanxy@cup.edu.cn

supported by the National Basic Research Program of China（2012CB215003）.

TQ 021.1

A

0438—1157（2016）08—3191—11

10.11949/j.issn.0438-1157.20160438

2016-04-07收到初稿，2016-06-02收到修改稿。

聯(lián)系人：藍(lán)興英。第一作者：王敏（1992—），女，碩士研究生。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（2012CB215003）。