《SZorb反应器分配盘气固冲蚀磨损分析及优化方案研究》

技术简介：

随着我国炼油能力不断提升,国内原油资源短缺,大量进口来自中东地区高硫、高氮的劣质原油,多种油品混合掺炼导致原料中各组分成分复杂多变。在油品轻质化加工和绿色安全低碳的高质量发展背景下,要求成品油的硫、氮含量有所降低。汽油脱硫吸附(SZorb)技术通过反应器内吸附剂将硫含量降至10ppm以下,反应器内高温高压的氢、油混合油气通过分配盘与吸附剂颗粒充分接触从而混合均匀形成气固两相流环境,并在脱硫反应过程冲击分配盘堆焊层造成冲蚀磨损。过去对于颗粒冲蚀磨损的研究大多基于单一环境下,缺乏对复杂流动条件下气固两相流冲蚀磨损的研究。因此,有必要深入研究适用于SZorb含固多相流环境下冲蚀磨损机理以及分配盘冲蚀磨损的高风险区域预测方法,为装置长周期安全稳定运行提供保障。本文以SZorb脱硫反应器内分配盘为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,研究脱硫反应器分配盘在气固两相流环境下,分配盘内部的冲蚀磨损影响机理及关键影响因素。在此基础上,构建了基于CFD-DEM的数值计算模型,计算获得了冲蚀磨损的高风险区域,并对其展开优化设计方案,研究结果可为工程上反应器分配盘的风险检验与状态检测提供了依据。具体研究内容与研究结果如下:(1)通过气固冲蚀磨损实验装置开展了不同冲击角度、颗粒量、冲击速度的冲蚀磨损实验,明确了堆焊层材料与涂层材料的冲蚀磨损机理,并将实验中得到的参数对改进的Finnie冲蚀磨损模型进行修正。(2)构建了适用于SZorb反应器分配盘的结构简化几何模型与CFD-DEM耦合模型,利用Fluent与EDEM两款软件耦合模拟了不同负荷工况下分配盘泡罩下方堆焊层冲蚀磨损情况,研究其冲蚀磨损机理并进行冲蚀磨损预测,并对不同粒径的吸附剂颗粒进行冲蚀磨损分析。(3)根据反应器内流场特性与冲蚀磨损特性,以降低最大冲蚀磨损速率与高冲蚀磨损区域占比为目的,提出在分配盘泡罩下方加装带有4°角度的抗冲蚀磨损托盘的防护结构优化方案,与通过正交试验方法进行的参数优化方案,最后将两种设计方案结合,得到最优设计方案,并且可将抗冲蚀磨损涂层加装在托盘上。

研发人员：黄远翔