流化床设计与应用
分会场召集人：王勤辉，骞伟中
秘书: 王成秀，13716840608，cwang1277@cup.edu.cn
主题报告：
朱庆山
中国科学院过程工程研究所
个人简介：朱庆山，研究员，博导，中国科学院过程工程研究所研究员，中国科学院“百人计划”、国家百千万人才工程、国家杰出青年基金和中组部“万人计划”入选者。担任国家碳中和科技专家委员会委员、中国颗粒学会理事长、中国化工学会储能工程专业委员会主任、中国材料与试验团体标准委员会钒钛综合利用领域委员会主任等职。长期从事流态化、过程强化、反应器放大、资源化工等方面的基础及工程应用研究，建立了粘性粉体流态化过程强化与放大平台技术，完成了十多套原创技术中试及产业化应用。担任《中国粉体技术》编委会主任、《过程工程学报》副主编、《华东理工大学报》、《化学工程》、《钢铁钒钛》、Particuol., Int. Rev. Chem. Eng. 等期刊编委。获国家技术发明二等奖1项、省部级科技奖励3项。在国内外学术期刊发表SCI论文220多篇、合著专著2部，获授权中国发明专利130余项、国际专利90余项。
报告题目：流态化矿物焙烧：从基础到应用
报告摘要：资源是支撑经济社会发展的重要基础，资源利用技术进步推动着人类文明的进步。当前我国战略资源对外依存度高，已被或易被国外“卡脖子”，突破上述瓶颈的核心是实现大量我国自有但尚无法有效利用的低品位复杂资源的高效利用。本报告将在分析我国低品位复杂资源利用面临的关键问题的基础上，介绍报告人团队用化学工程原理解决资源利用难题的探索，包括粘性粉体流态化过程强化、粗细颗粒停留时间调控、流化床反应器放大等方面基础研究的进展，同时介绍申请人团队在铁矿磁化焙烧、钛精矿氧化还原焙烧、锰矿还原、氢氧化铝煅烧、磷石膏煅烧等方面的工程实践。
刘梦溪
中国石油大学(北京)
中国石油大学(北京)
个人简介：中国石油大学(北京)化工学院教授/博导，中国颗粒学会青年理事，多相分离技术与装备教育部工程中心主任。主要研究方向为新型流化床反应器和气固分离器的基础研究与工程放大。基于气液环流的理论，提出了气固环流的理念，解决了环流理论的跨体系移植等科学问题。开发了基于气固环流的耦合催化剂汽提器、预汽提器、颗粒混合器等多项催化裂化关键装备，已成功应用于25套工业装置，为企业累积创造经济效益59.14亿元。在同一套设备内实现了惯性分离与离心分离的协同，实现了超短快分的工程放大，并在中试装置上连续运行1000小时以上。开发出耦合气固流化床反应器，成功应用于上海百金化工4万吨/年二硫化碳生产装置，与安徽国星合作建成了全球首套2.5万吨/年耦合流化床吡啶碱合成反应器并一次开车成功，解决了原装置产品收率低、装置易结焦等问题。
近年来主持主持国家重大研发计划课题1项、国家自然科学基金2项，主持横向课题多项，参加973 计划项目课题、国家自然科学基金重大项目课题多项。获教育部技术发明2等奖2项，石化联合会科技进步一等奖2项、石化联合会科技发明二等奖1项，北京市高等教育教学成果二等奖1项。获发明专利授权14项，在国内外发表研究论文75篇（其中SCI论文20余篇），出版专著2本。
报告题目：耦合流化床流动-反应的协控强化方法
报告摘要：针对化工领域多采用传统流化床反应器的现状，成功将循化流化床流动—反应协控技术移植应用到化工领域，实现了反应过程的协控强化。将空气动力学中的库塔儒科夫斯基横向力理论引入稀疏气固两相流分析，发现了提升管内气固两相非均匀分布的控制机制，利用高速原料射流形成的附加横向力效应，实现了受限空间内三维多相流场均匀混合和接触。建立了密集接触区流动结构的多重信号解耦方法，揭示了粒团结构的形成机制，形成了环流理论的跨体系移植方法、微分接触区构建方法和多流型共生共存耦合调控方法的理论创新，建立了基于气固环流流动-传递-混合的调控方法。针对吡啶碱合成、二硫化碳合成等工艺过程的共性，建立了多流域循环流化床耦合反应器内两相流动-反应协同强化的调控方法，完成了工业实验验证。
李维成
东方电气集团东方锅炉股份有限公司
个人简介：李维成，男，1986年9月生，2010年清华大学硕士研究生毕业，清华大学首届创新领军工程博士研究生，中共党员，高级工程师，先后担任东方电气集团东方锅炉股份有限公司技术创新中心基础研发部部长，东方菱日锅炉有限公司董事、总经理，东方电气集团东方锅炉股份有限公司副总经理职务。
先后组织开展先进煤气化技术关键装备的国产化自主详细设计，产品产值超过10亿元，组织完成“碳基燃料清洁高效低碳利用成套工程技术研究平台”项目，显著提升了东方锅炉在清洁燃烧与烟气净化等领域研发水平；组织开展化学链燃烧技术政府间国际合作研发，对未来实现大规模低成本二氧化碳捕集具有重要战略意义。
报告题目：固体燃料化学链燃烧兆瓦级中试的关键技术研究
报告简介：化学链燃烧是最具降低能耗潜力的低成本CO2捕集技术，近十多年研究进展迅速总体上处于从实验室到工业应用前的中试验证的关键阶段。中欧化学链CHEERS项目得到中国科技部重点研发计划国合项目以及欧盟地平线Horizon 2020 资助，目标是建成MWth级的化学链燃烧示范系统，实现化学链燃烧技术的中试示范。东方锅炉与中欧团队通力协作，先后完成MW级化学链冷态试验，热态工艺包设计，载氧体筛选，长周期关键设备设计制造，EPC建设等，随着整套系统启动调试，目前中欧团队已在德阳基地合作开展长周期试验运行研究。
孙国刚
中国石油大学（北京）
个人简介：1986.7—至今 中国石油大学（北京）助教、讲师、副教授、教授、博士生导师
从事过程装备与控制工程专业教学与多相流动与分离过程强化、石油催化裂化工艺装备技术开发、烟气脱硫除尘与脱碳、颗粒分选等方面的科研工作。
报告题目：消除旋风分离器升气管外壁结焦风险的研究进展
报告摘要：催化沉降器顶部旋风分离器（简称顶旋）是决定沉降器出口油气中催化剂含量和油浆固含量的关键设备，对催化装置的稳定运行具有举足轻重的作用。顶旋升气管外壁结焦块是个威胁催化装置长周期安全运行的潜在风险，是个目前国内外都未解决好的难题。因为结焦块一旦脱落、堵塞分离器料腿或卡住翼阀，轻则使旋风分离器的分离效率下降，油浆固含量升高，催化剂跑损加剧；重则使旋风分离器失效，迫使装置非计划停工清焦。中国石油大学（北京）针对顶旋升气管结焦问题进行了20多年的研究，努力去除结焦威胁催化装置长周期安全运行的风险，开发了一系列抗结焦技术，部分技术已应用于催化裂化工业装置，取得了良好的效果。本文主要报告作者研究团队针对催化沉降器顶旋升气管外壁结焦及防治问题的研究工作，内容包括：（1）顶旋升气管外壁结焦机理研究；（2）防焦块脱落技术开发；（3）升气管缝孔抑制结焦技术研究；（4）气动控制防结焦技术研究。
邀请报告：
张玉明
中国石油大学（北京）
个人简介：张玉明，男，博士，教授，博士生导师，副院长。主要从事重油、生物质等含碳燃料的热解/气化反应机理、动力学以及催化剂开发，支撑重油裂解-气化耦合工艺、生物质气化多联产、烟气处理等工业化技术的放大应用。 先后主持国家自然科学青年基金、联合基金、 面上基金、 国家重点研发计划/课题、 中石油等企业横向课题。共发表论文 60 余篇， 授权国内发明专利 20 余项， 美国发明专利 5 项，参加国内外会议并作报告 20 余次，获得省部级科技进步一等奖 2 项，北京市高等教育教学成果二等奖 1 项， 参与编写专著 1 部。
报告题目：重油热解-生焦气化一体化工艺的流态化反应基础研究
报告摘要：随着世界常规原油资源的日益减少，原油供应呈现重质化和劣质化的趋势。目前，劣质重油轻质化技术主要包括加氢和脱碳两种路线。加氢路线油气收率和品质较高，但需要消耗大量的氢气且需要高温和高压，操作成本较高。脱碳路线通常会产生大量难以处理的焦炭。针对劣质重油轻质化工艺存在的问题，本文提出重油热解-生焦气化一体化工艺，以实现劣质重油的清洁高效利用。重质/劣质原料油进入热解-气化耦合反应器热解段的底部，与流化的高温热载体—焦炭颗粒接触，发生热解反应生成轻质油气和新鲜热态石油焦并附着在流化的焦炭颗粒表面。高温油气与焦炭颗粒进入分离系统进行分离，分离后焦炭颗粒，一部分循环回热解段的底部与原料油接触，另一部分循环进入热解-气化耦合反应器下部的气化段，发生气化反应生成合成气。高温合成气携带热载体由气化段上行进入热解段，为劣质重油热解提供所需的热量。将重油转化过程在一个反应器内实现重油裂解和焦炭气化过程，一方面可以通过重油在合成气气氛下实现裂解液体收率的最大化，另一方面重油裂解过程中产生的焦炭通过气化生成富氢合成气。本质上热解与气化之间物料互给、热量互补，合成气气氛可强化重油的热解轻质化过程，提高轻质油收率和品质，实现反应之间的高效协同。本文基于重油热解以及焦炭气化一体化工艺，分别开展了典型重油流态化热解，不同反应条件下生成焦炭的组成结构及其与气化反应的对应规律，气化反应动力学等内容研究，对于耦合工艺的开发做了较好的理论支撑以及技术可行性验证。
张晨曦
清华大学
个人简介：清华大学化学工程系副研究员，围绕CO2加氢制绿色航煤的多相流反应工程基础研究与产业化推广开展工作。通过设计指向含芳环航煤馏分(C8~15)为目标产物的工艺路线，从热力学上实现CO2加氢的自发反应路径；构造金属氧化物-分子筛的酸碱耦合催化体系，通过界面耦合催化实现80%以上的航煤烃基选择性；基于颗粒流可压缩性的探究，实现CO2高压加氢多相反应器内气固相结构的调控。多相催化与多相流反应器的结合为CO2制绿色航煤从概念到产业化奠定扎实的基础，本项技术(CO2AFTM)目前已完成百吨级中试并实现技术转移成立了中清科技(Tsing Energy) ，入选2022年度中关村论坛。
在此期间，以第一或共同通讯作者在Science、Nature Communications、Physics of Fluids、AIChE J、ACS Catalysis、《化工进展》等国内外学术刊物发表论文24篇；作为独立作者撰写专著《气固两相流的“超可压缩性”》（2021, 科学出版社）；申请国家发明专利38项，PCT专利1项，获得授权发明专利21项；积极推动了多相流反应工程基础和应用研究的发展，为实现双碳目标与高端能源安全目标储备重要技术。
作为项目负责人先后主持国家自然科学基金面上(2022)与青年科学基金(2019)、内蒙古科技厅重大项目子课题(2020)、中石油科技创新基金(2020)以及博士后优秀学术专著出版资助(2020)。此外，入选2022年度北京市科技新星、2022年度全球华人化工学者学会“未来化工学者”、“中国颗粒学会青年颗粒学奖”(2022)、首届Particuology青年编委(2022-2025)、2021-2023年度北京市科协“青年人才托举工程”、2021与2020年度Particuology优秀审稿人、中国颗粒学会青年理事(2020)。
报告题目：气固高压流化床的相结构与传递
报告简介：气固流化床可为加氢过程提供均匀的温度与浓度场，是双碳目标下二氧化碳加氢工业化过程中重要的工业反应器形式[1-3]。因此，高压流化床内气固相结构与传递特征是反应器设计的关键[4]。本研究发现随着操作压力的提高，存在一个临界压力(pc)，当在该临界点以下时，颗粒相密度的概率密度分布(PDF)呈典型双峰特征，即类气体相和类液体相共存，是颗粒间非弹性碰撞强相互作用的结果；当大于临界压力时，相密度呈典型的高斯分布和有序性，是长程弱相互作用的结果[5,6]。与此同时，临界压力前后不同的气固相结构也显著影响两相的传递规律，本研究通过“热脉冲-降温”实验捕捉到在临界点附近的非傅里叶导热现象，为高压流化床换热系统的设计提供基础。
Fig. 1 (a) Measurement in a high-pressure gas solids fluidized bed. (b) The phase structure in a high-pressure gas solids fluidized bed.
周业丰
湘潭大学
个人简介：周业丰，湘潭大学教授，博导，芙蓉计划创新人才/湖湘青年英才/湖南省优青，浙大博士/海外知名高校博士后。长期致力于多相流反应工程及过程强化、废弃资源回收及高效利用等领域研发，主持国家自科面上/青年、省青年科技人才/省优青等项目。在AIChE J/CES/IECR/CEJ等权威刊物上发表SCI论文50余篇，授权专利10余项，部分研究成果实现了工业应用转化。多次受邀在国内外权威学术会议作主旨和特邀报告，受聘担任中国工程院院刊FCSE和JZUSA青年编委（均为二区SCI）、中国化工学会过程模拟及仿真专委会青年委员、中国颗粒学会青年理事、第三十二届传递现象国际研讨会（ISTP-32）执行委员等。荣获中国石化联合会科技进步奖、中国颗粒学会流态化分会青年托举人才、湖南省石油化工优秀工程师/湖南省青年化学化工奖等奖励，指导多名研究生获湖南省优秀硕士论文、获全奖赴海外名校攻读博士学位。
报告题目：厌氧污泥流化床反应器中颗粒沉降及多相流动行为的模拟研究
报告摘要：厌氧污泥流化床反应器目前存在的问题是运行过程中污泥颗粒的破碎与流失。因此如何令污泥颗粒保持长停留时间是厌氧污泥流化床稳定及高效运行的关键。针对这一问题，需要明确反应器内部的颗粒沉降行为及各相间流动作用的内在关联。本文根据粒径大小，将污泥颗粒划分为小颗粒与大颗粒体系，分别采用CFD-VOF-DPM模型（Computational Fluid Dynamics-Volume of Fluid-Discrete Particle Method）和CFD-VOF-DEM模型（Computational Fluid Dynamics-Volume of Fluid-Discrete Element Method）对颗粒沉降运动开展系统的模拟研究，对开展气液固三相流复杂体系的深入研究以及后续工业应用都具有重要意义。
刘方
中国矿业大学
个人简介：刘方，教授、博士生导师，中国矿业大学低碳能源与动力工程学院副院长，江苏省智慧能源技术及装备工程研究中心副主任。入选江苏省优青、江苏省“六大人才高峰”高层次人才。主要从事化学链技术、CO2捕集相关研究。主持国家自然科学基金2项、国家重点研发计划子课题2项、江苏省优秀青年科学基金等省基金项目2项。在Fuel Processing Technology、Fuel、Powder Technology等期刊发表SCI论文40余篇，出版学术专著2部，授权发明专利9项，成果转化4项，研究成果获江苏省能源研究会科技进步一等奖、江苏省可再生能源学会优秀青年科技人才奖等奖励。
报告题目：载氧体颗粒流化态过程磨损特性与机理研究
报告摘要：化学链燃烧技术是一种新型低成本CO2捕集技术。作为化学链燃烧技术的核心，载氧体颗粒在两个或多个反应器之间进行流态化循环，在复杂应力的作用下不可避免的出现磨损、破碎现象，减少了其使用寿命，进而影响化学链系统的经济性。本工作总结了载氧体颗粒在化学链燃烧过程中所处环境的关键影响因素，在此基础上分别设计了冷态、热态和反应态实验，系统阐述了颗粒流态化过程磨损现象的特点与机理，量化了不同应力对载氧体磨损的贡献；随后，采用欧拉-拉格朗日方法，结合Ab-T10颗粒破碎模型，模拟探讨了颗粒在流态化过程中的碰撞特性，揭示了单个颗粒的完整破碎过程，补充了实验过程难以观测到的颗粒破碎细节。研究结果表明颗粒在流态化过程的前期主要受机械应力影响，随着运行时间的延长，化学应力逐渐主导了颗粒的磨损破碎行为；模拟结果显示颗粒之间的速度差是造成冲击力的主要因素，颗粒在成为细粉之前通常会磨损1~6次，其尺寸演变可以归纳为三个阶段。本工作为理解流化床中的颗粒磨损破碎行为和机理提供了实验参考和理论指导。
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