[發明專利]一種移動床反應器內顆粒運動狀況的檢測方法

無效

• 申請號: 201110158704.8
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102338775A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 王靖岱;唐玥祺;黃正梁;蔣斌波;虞賢波;葉健;蔣云濤;姜坤;陽永榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/36;G01N29/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

????本發明涉及振動信號檢測領域，尤其涉及一種移動床反應器內顆粒運動狀況的檢測方法。

背景技術

移動床反應器在化工領域的應用廣泛，尤其在石腦油催化重整、甲苯歧化、煤氣化等工藝中發展較成熟（宋續祺，金涌，俞芷青.?移動床技術的現狀與發展前景[J].?化工進展，1994，3:?40-45）。移動床技術的特點主要是：反應氣體以近似于平推流的方式連續地與固體催化劑接觸，催化劑可以在反應器內連續地移動進出反應器，但催化劑的循環速率要遠小于流化床反應器。因此，移動床反應器是一種操作性能介于固定床和流化床之間的反應器形式，適合于催化劑積炭速度中等，但仍需循環再生的反應。移動床按照氣體與顆粒流動方向的區別可以分為逆流、并流和錯流移動床。其中，錯流移動床中的催化劑依靠重力自上而下移動，反應氣體沿徑向通過催化劑床層，與催化劑移動方向垂直而形成錯流運動。錯流移動床由于具有低壓降、反應截面大等優點應用較為廣泛。

對于錯流移動床反應器中氣固兩相的運動情況，已有不少學者對此進行了研究。曹等（曹晏，張建民，王洋.?矩形錯流移動床床內顆粒流速分布的考察[J].?化學反應工程與工藝，1999，15(3):?249-261）研究了矩形錯流移動床內顆粒流速的分布隨氣速的變化規律，提出了矩形床內顆粒流速分布的預測方法。王等（王金福，景山，王鐵峰等.?徑向移動床反應器流場特性及其數學模擬[J].?高?；瘜W工程學報，1999，13(5):?435-441）根據主流道變質量流及顆粒床層氣固流體力學理論,?建立了完整的徑向移動床反應器流體力學數學模型。陳等（陳允華，朱學棟，吳勇強等.?錯流移動床的壓降特性[J].?2006，6(5):?697-702）研究了錯流移動床的壓降特性，考察了顆粒下移速度、顆粒堆積狀態及空腔生成和長大發展過程對壓降的影響，發現顆粒下移速度對壓降幾乎沒有影響，并觀察到了高氣速下移動床反應器的“空腔”和“貼壁”現象。基于系統的研究，清華大學與中國石化工程建設公司合作開發了徑向反應器設計軟件件(FLOTU-Mbed1.0)，可以模擬計算床層氣相壓力和軸、徑向速度的二維分布、計算內外主流道壓力和流速分布及過孔氣速、壓降和臨界流量，并具有優化設計的功能，適用于工業徑向移動床反應器的設計（高莉萍，馬燮琦.?徑向反應器設計軟件在工業上的應用[J].?石油煉制與化工，2002，33(1)：59-63）。

?由于固體催化劑在反應過程中會由于積炭而逐漸失活，因此需要將催化劑以一定的循環速率移出移動床反應器，并送去再生器燒炭再生。催化劑顆粒的循環能力決定了反應器內催化劑的更新速率與再生器的熱負荷，催化劑顆粒循環速率的快慢將直接影響催化劑的積炭程度，進而影響其活性與選擇性，最終將造成產品分布與收率的改變。因此，快速精確地檢測催化劑顆粒的循環速率對提高催化劑單程轉化率、減少再生器能源消耗、提高反應效率及選擇性、增加產量和目的產物分率、節約生產成本、保證裝置的長期高效穩定運行至關重要。

此外，在實際的工業生產中，催化劑顆粒在移動床反應器中下移的流型并非理想的平推流，而是沿床層的徑向存在顆粒移動速度分布，垂直于下料管口的軸向流線上顆粒移動速度最大，而靠近壁面處顆粒移動速度則相對緩慢，甚至會存在顆粒幾乎靜止不動的死區。催化劑顆粒移動速度的不均一將對移動床反應器的傳質與傳熱效率造成顯著影響，而死區的存在也使催化劑的有效利用率下降。因此，便捷準確地檢測出移動床反應器中不同位置處顆粒的移動速度，對改善床層傳質與傳熱效率、指導移動床反應器的設計具有重要意義。

目前，移動床反應器中固體催化劑的循環速率主要依靠再生單元中的催化劑流量控制系統來調節，具有一定的滯后性，無法實時在線地監控反應單元中催化劑顆粒的循環量變化。對于催化劑顆粒移動速度的調節，有研究者考察了整流子等內構件的影響，結果表明整流子的加入能調節顆粒的移動速度，改善了催化劑顆粒移動速率不均一的現象（陳允華，朱學棟，吳勇強等.?整流子對錯流移動床顆粒行為的影響.?過程工程學報，2007，7(4):?639-645），但對于反應器不同位置催化劑顆粒移動速度的檢測，目前尚未有文獻報道。

本發明采用振動信號測量技術對移動床反應器內顆粒的運動狀況進行實時在線檢測，包括固體催化劑顆粒在移動床內的循環速率與顆粒的移動速度。振動信號測量技術具有不侵入流場、實時在線、靈敏便捷等特點，能夠較為精確地對反應器內顆粒的運動狀況進行檢測與監控，這對提高移動床反應器的工作效率、保障整個操作單元的穩定運轉、避免停車具有重要意義。

發明內容