第5分会场:双碳背景下的流态化技术及应用

发布时间:2022年8月1日

组织单位:中国颗粒学会流态化专业委员会

分会主席:葛蔚、王勤辉

学术秘书:王军武,中国科学院过程工程研究所,jwwang@ipe.ac.cn;熊勤钢,华南理工大学,qingangxiong@scut.edu.cn。

会场简介:流态化技术广泛应用于石油化工、循环流化床锅炉、煤化工、矿物加工等工业过程,在我国工业生产中占有极其重要的地位。国家“双碳”重大战略不但要求我国能源结构的重大调整,而且要求实现产业结构和工业过程的转型升级,这为流态化技术提供历史性发展机遇的同时也提出了重大挑战。本分会场将探讨“双碳”背景下流态化技术的新发展、新应用,为国内外高校、科研院所、企事业单位的同行提供交流平台,共同推动流态化技术的跨越式发展,为国家“双碳”目标的实现做出重要贡献。

征文范围:(1)流化床中的流动、传热、传质和化学反应;(2)计算机数值模拟与放大;(3)流化床过程强化技术;(4)流态化及相关技术的工业应用。

报告人
 

刘梦溪

中国石油大学(北京)

个人简介:刘梦溪教授长期以来主要致力于工业气固流化床反应器的研发与工业化,主要研究方向为多相流反应器的基础研究及工程放大。基于气液环流的理论,创新性地提出了气固环流的理念,从理论上解决了环流理论的跨体系移植问题和反应器内基于环流流动的微分接触区的构建与协同两个科学问题。开发出了气固环流反应器、汽提器、颗粒混合器(冷催化剂循环技术)等多项催化裂化关键装备,成功应用于21套工业装置。将惯性分离与离心分离协同在同一套设备内,同时实现了高效分离和快速分离,在中试装置上连续运行1000小时。获省部级科研奖励6项,授权发明专利13项,发表学术论文60多篇,出版专著2部。https://www.cup.edu.cn/chem/szjs/jiaos/144532.htm

报告题目:耦合流化床反应器的开发与工业应用

报告简介:随着化工工艺的不断发展,单一形式的流化床反应器已经难以满足要求。以吡啶碱合成工艺为例,介绍了耦合流化床反应器的热态实验和大型冷态流场实验研究结果,基于以上结果建立了进料段射流扩散长度模型和不同区域的流动-反应模型,对反应器内产品分布进行了预测。开展了工业侧线实验,在2.5万吨/年吡啶碱合成装置上实现了工业化。基于耦合反应器的特点,对其在其他过程中的应用给出了展望。

罗正鸿

上海交通大学、宁夏大学

个人简介: 罗正鸿,上海交通大学特聘教授、宁夏大学特聘教授。1995,1999及2003分获南昌大学、大连理工大学及浙江大学学士、硕士及博士学位,2003-2012在厦门大学化工系工作,2012年8月调入上海交大工作。目前兼任宁夏大学学术副校长及国重实验室主任。主要从事高分子化工及反应器与流程工程方面研发。排名第一获包括中国化工学会(自然科学奖)一等奖在内的6项省部级科技奖,授权19项发明专利。以通讯人在国际期刊发表SCI论文190多篇(包括21篇AIChE J与21篇CES在内的国际化工三大期刊66篇),应邀在Chem. Rev.与 Prog. Polym. Sci.(2篇)撰写长编综述论文,担任2本本领域权威SCI期刊编委或顾问编委及国内<<化工学报>>编委。基于上述成果个人获国家杰青(2016)、国家万人领军人才(2017),并入选教育部“长江学者”特聘教授(2018)。个人主页链接:Pelab.sjtu.edu.cn

报告题目:气固流化过程的数据驱动建模

报告简介:以气固流态化反应器为研究对象,从非均匀流动结构切入,采用高精度数值模拟及人工智能等方法,开展了系统性的介尺度建模研究,提出了新的介尺度模型及数据驱动的亚格子滤波模型。本报告将很简要汇报本课题近二年在上述方面的研究进展。

王军武

中国科学院过程工程研究所

个人简介:王军武,博士,研究员。本硕博分别毕业于浙江工业大学(2000)、天津大学(2003)和中国科学院过程工程研究所(2008)、2008年到2010年在荷兰屯特大学J.A.M. Kuipers教授课题组做博士后。2010年入选中科院过程工程所“百人计划”,2014年获“优秀青年科学基金”资助,2021年入选中科院特聘研究骨干(基础原创类)。现任多相复杂系统国家重点实验室副主任、中国颗粒学会流态化专业委员会秘书长、中国颗粒学会理事和中国化工学会过程模拟与仿真专业委员会委员。兼任International Journal of Multiphase Flow、International Journal of Chemical Engineering、Processes、《化工学报》、《过程工程学报》和《中国粉体技术》编委、中国工程院院刊Engineering青年通讯专家、Chemical Engineering & Processing: Process Intensification、Engineering、Frontiers of Chemical Science and Engineering客座专题主编、Fluidization XVI (2019)技术主席、Fluidization和UK-China International Particle Technology Forum系列会议科学顾问委员会委员。已在Chemical Engineering Science、AIChE Journal、Physics of Fluids、Journal of Fluid Mechanics等化工/流体力学主流期刊发表论文80多篇。研究工作获得了国家自然科学基金、中科院战略先导专项等项目的支持。

报告题目:复杂气固两相流离散模拟:CFD-DEM-IBM方法

报告简介:CFD-DEM及其粗粒化方法能在模拟中保持颗粒的离散特性,已经成为模拟流化床的主流方法之一。报告人将汇报近几年开发的CFD-DEM-IBM求解器的基本算法和相间数据映射方法,并通过模拟气固两相流流动、传热、传质和化学反应验证了该方法的正确性,最后通过模拟复杂全回路气固循环流化床展望CFD-DEM-IBM方法在工业应用中的前景。

高希

广东以色列理工学院

个人简介:高希,现为广东以色列理工学院化学工程系助理教授,副高级职称,博士生导师,入选国家级青年高层次人才。2010年本科毕业于厦门大学化学工程系,2013年硕士毕业于浙江大学化学工程系,2016年底博士毕业于爱荷华州立大学(Iowa State University )化学工程系。 2017-2019 年于美国国家能源技术实验室(NETL)多相流科学课题组(开源CFD 软件MFiX之家)从事博士后研究,2019-2021年担任研究科学家。高希博士在化学反应器工程、多相流科学、流态化、清洁能源技术、固体燃料(生物质、煤炭、塑料、固废等)热化学转化技术、多相流软件开发等领域进行了较为深入的研究,在AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res.、Chem. Eng. J. 等化学工程top期刊发表论文50+篇。近年来主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省科技专项资金项目等;参与完成了6项(美国4项、中国2项)国家级科研项目;做特邀国际会议演讲报告6次;曾担任WCPT-8国际会议分会主席;受邀为AIChE J. 等30多个期刊审稿。高希博士与来自国内外多个著名科研机构、大学和企业的研究人员保持紧密的合作,如美国再生能源国家实验室、橡树岭国家实验室、德国达姆施塔特工业大学、意大利兰理工大学、沙特基础工业公司、辉瑞制药、Sortacarbo等。https://www.gtiit.edu.cn/viewStaff.aspx?staffNo=150

报告题目:生物质热解流化床反应器的多尺度模型与应用

报告简介:生物质热解流化床反应器是一个典型的多相、多组分、多尺度的复杂反应系统。本报告介绍本课题组在生物质热解反应器的先进实验和多尺度建模的研究进展。通过高速摄像与机器学习,研究了研究生物质/石英砂/生物炭多组分流态化现象。 开发了非球形颗粒模拟求解器SuperDEM, 对非球形生物质颗粒的流态化现象进行了研究。构建了多尺度模型框架将复杂的解热动力学、生物质单颗粒热解模型和流化床反应器模型耦合,用于生物质热解流化床反应器的模拟、优化和放大。

王伟

中石化广州工程有限公司

个人简介:长期从事催化裂化、催化裂解工程设计,牵头设计各类装置总加工规模总计超2400万吨/年。2017年起担任催化裂化装置专家班导师,通过一线工作和继续教育积累了丰富的理论和实践经验,擅长催化裂化装置生产优化、运行诊断及事故处理等。

报告题目:从工业装置催化剂平衡探究分离设备的潜力

报告简介:催化裂化装置应用平均粒径不足70微米的颗粒,采用间断加排方式置换催化剂及助剂。装置运行中出现的再生器跑剂、沉降器跑剂或烟机结垢等问题都与颗粒属相密切相关。本报告从各部位的粒度分布剖析催化剂细粉产生与回收之间的矛盾和平衡,发现回收设备的短板及影响效率的的关键因素,论述了分离效率的再提升空间。

胡建杭

昆明理工大学

个人简介:工学博士,教授,博士生导师,现任昆明理工大学冶金与能源工程学院副院长。云南省中青年学术与技术带头人,澳大利亚悉尼大学访问学者。学术兼任中国动力学会理事、中国有色金属学会节能减排专业委员会委员,云南省高等学校能源动力类专业指导委员会秘书长、中国金属学会能源与热工分委员会委员、有色金属产业技术创新联盟委员、云南省科技厅技术类及省级工业与信息化咨询专家。主要从事冶金过程强化供热、能源高效转化的科学研究与教学工作。主持国家自然科学基金(重点)、联合基金、973计划专项、省部级重点项目及企业委托项目等36项课题的研究工作。获云南省科学技术进步一等奖1项,中国有色金属行业科技技术一等奖2项,省自然科学二等奖4项、三等奖1项;发表论文65篇,被SCI、EI、ISTP收录31篇,主编出版学术专著2部,参编教育部规划教材3部,获国家专利授权35项,其中发明专利18项。(个人主页链接https://yn.kmust.edu.cn/info/1041/1163.htm)

报告题目:基于移动床复杂熔渣颗粒余热高效回收的基础研究

报告简介:铜熔渣是火法冶炼过程中一种以高温液态排放的固体废弃物。为解决铜熔渣资源化利用有价金属和余热,针对铜熔渣在铜冶炼流程中的排放特性和处理工艺对铜熔渣的资源化利用效率有待于进一步深入的研究,提出了基于移动床式熔渣余热回收的技术。课题研究了钢球与铜熔渣混合时熔体凝固过程中的导热系数、热流场、温度场变化特性,分析了铜熔渣混合模式、钢球直径、铜熔渣厚度等调控因素对熔渣凝固的影响特性,掌握了钢球吸热控温凝固的调控机理,构建了适用于熔渣的冷却控制模型。研究了移动床中熔渣颗粒流、钢球在重力作用下移动特性,分析了撞击和反弹滑落过程中与水冷埋管发生热交换的强化传热机制,构建了熔渣/钢球复杂固体颗粒释能的传热动力学模型。为减缓我国铜冶金企业的固废处置压力做出重要贡献。

李舒月

中国石油大学(北京)

个人简介:李舒月,博士,1992年12月生于山东省济宁市。2014年于中国石油大学(北京)获学士学位,2017年于中国石油大学(北京)与中科院过程所联合培养获硕士学位,2021年获得澳大利亚新南威尔士大学博士学位。2021年到2022年在新南威尔士大学沈岩松教授课题组做博士后。2022年6月通过青年拔尖人才A岗(院长提名)人才引进计划入职中国石油大学(北京)。长期致力于研究过程模拟和设计及其在复杂反应器中的应用,研究领域涉及资源和能源工业,包括固体燃料洁净燃烧过程,太阳能电池板回收,固废材料的循环利用等过程。

报告题目:基于移动床燃料反应器的全循环煤化学链燃烧系统的数值模拟研究

报告简介:基于固体氧载体颗粒循环的煤化学链燃烧技术被广泛认为是最具有前景的碳捕集技术之一,它所具有高能源转化效率、低CO2捕集成本等综合优点。合理的反应器结构能够保证系统具有燃烧效率高,运行稳定性高,调节灵活性强等特点。但目前,对数值模拟研究而言,采用单一的两相流模型或离散单元模型模拟由颗粒主导的多相反应系统,难以同时考虑并准确描述全循环化学链燃烧中气、载氧体、煤粉共存的多尺度效应。本工作针对移动床燃料反应器设计的全循环化学链燃烧系统发展了欧拉-欧拉-拉格朗日耦合框架,将非均相化学反应、相间传热传质、辐射换热耦合,优化了全循环化学链燃烧系统内气-载氧体-煤粉多尺度相互作用的计算问题。主要研究内容及成果如下:阐明了移动床化学链燃烧装置中复杂的流动和热质传递耦合特性;从微观尺度获得煤颗粒热物理及动力学特征;基于热态模型研究在不同风量下该系统内的压力分布、气固分布、固体循环量以及窜气规律等气固流动特性.;发现了载氧体循环流率和全床压力分布是影响CO2分离效率的关键因素。数值模拟可为CLC系统的设计和运行提供重要的参考依据。

魏晓阳

宁波诺丁汉大学

个人简介:魏晓阳是宁波诺丁汉大学的助理教授,2013年本科毕业于中国石油大学(华东),2019年博士毕业于加拿大西安大略大学,2019至2021年先后在美国能源部的国家实验室、加拿大英属哥伦比亚大学从事博士后研究。魏博士主要从事化学与能源领域中多相流系统的开发与过程强化,已有10篇论文发表在化工顶刊。

报告题目:气固循环流化床中多尺度结构的定义与表征

报告简介:气固循环流化床在化学和能源工业有着广泛的应用。在气固循环流化床中,流动结构决定了气流与颗粒的接触效率,进而决定了流化床的反应性能。但是,学术界对于流动结构的研究却存在着严重的分歧和不足。在介观尺度,气固循环流化床中颗粒聚团的性质有一个数量级的分歧。在宏观尺度,学术界尚未对气固循环流化床中的宏观波动进行明确的定义与量化。针对学术界研究的不足,本课题组利用光纤探头、高速动态相机深入研究了中试流化床中的瞬时流动结构。通过图像追踪、图像边界检测、小波分析等手段,本研究结合流态化理论对气固循环流化床中多尺度结构进行了明确的定义与表征。在循环流化床中,部分颗粒形成颗粒聚团,一些聚团被单颗粒包围形成宏观稀相,一些聚团被颗粒晕包围形成宏观浓相。宏观浓相与宏观稀相的交替出现造成了气固循环流化床中颗粒速度、颗粒浓度、颗粒循环量在宏观尺度的剧烈波动。然后,本课题组从介观尺度对单颗粒相、颗粒晕相、单颗粒包围的颗粒聚团、颗粒晕包围的颗粒聚团进行了分别的量化表征,从宏观尺度对宏观稀相、宏观浓相进行了分别的量化表征。总的来说,本项目促进了流态化理论的发展,也为流化床的计算流体力学模拟提供了参考。

吴峰

西北大学化工学院

个人简介:吴峰,男,西北大学化工学院教授、博士生导师。中国颗粒学会青年理事、中国化工学会过程仿真模拟专委会青年委员、陕西省岩土力学与工程学会理事、《Energy Storage and Saving》青年编委、《化工进展》编委、《应用力学学报》青年编委、陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目“首席科学家”、化学工程系主任、陕北能源先进化工利用技术教育部工程中心副主任。主持国家自然科学基金面上项目(3项)、多项省部级项目及校企合作横向课题。发表学术论文100余篇,以第一作者或通讯作者发表SCI/EI收录论文60余篇;第一作者授权专利15项(转让2项)。荣获陕西石化科学技术一等奖1项、陕西省科学技术三等奖1项、陕西高等学校科学技术二等奖2项、陕西省科技工作者创新创业大赛三等奖3项、陕西石化青年科技突出贡献奖、全球华人化工学者研讨会“未来化工学者”及唐仲英基金会“仲英青年学者”荣誉。https://faculty.nwu.edu.cn/FengWu/zh_CN/index.htm

报告题目:喷动床过程强化与碳减排

报告简介:喷动床作为为高效气固接触器,已广泛地应用于各种单元操作和单元过程中。针对传统喷动床径向气体、颗粒混合不充分问题,作者提出了多种新型的喷动床强化结构,旨在保持喷动床三区喷动结构的基础上,强化床内气体、颗粒的径向混合,提升喷动床反应器的整体效率。此外,在“双碳”目标背景下,如何将化工过程强化、系统集成优化等技术方法助力“双碳”目标,进而实现由技术改进到碳溯源、碳全生命周期路径分析、碳经济评价、数字孪生降碳减排研究体系的构建,是今后努力的方向。

陈兆辉

中科院过程工程研究所

个人简介: 研究员,中科院过程工程研究所人才引进计划入选者。2016年于中科院过程工程研究所获得博士学位;2016年至2018年间在清华大学化工系骞伟中教授课题组从事博士后研究工作,课题为新型甲醇/轻烃芳构化技术;2018年至2021年在加拿大蒙特利尔大学工学院Jamal Chaouki 院士课题组从事废塑料 化学回收与化学链合成氨技术,期间连续两年获得加拿大Mitacs博士后奖学金, 2021年转为副研究员 参与课题组科研管理工作;2022年初加入中科院过程工程研究所。主持和参与加拿大NSERC和Mitacs项目、国家重点研发计划项目以及法国Total、摩洛哥OCP等企业委托项目。至今在Appl. Energy, Chem. Eng. J., Energy Convers. Manage., Fuel等能源化工领域高水平刊物上发表论文50余篇, 其中第一/通讯 作者论文20余篇,获授权发明专利12件。目前主要从事固体燃料清洁转化、塑料化学回收技术等方面的研究。

报告题目:多区流化床在煤转化中的应用研究

报告简介:流化床中流体和颗粒的运动使床层具有良好的热/质传递性能,床层内部颗粒和温度处于均匀稳定状态,在工业过程中被广泛应用。煤转化工业中大多数化工过程都属于复杂的化学反应,在单一流化床中所有反应几乎在同一时空下发生,反应相互关联耦合,中间产物和反应产物相互作用,难以实现特定反应过程的定向调控和针对目标产物的精准优化。以煤热解气化(热化学反应)为例,通过反应解耦与重构,创制了多流型复合流化床反应器,在不同反应区实现煤热解与半焦气化的分级转化与有机耦合,构建了加压复合流化床煤热解气化耦合技术,联产高品质焦油和富甲烷合成气;以煤基甲醇制轻质芳烃(催化反应)为例,根据甲醇与中间产物的转化特性,通过多孔隔板将流化床区域功能化,再由不同反应区域通过温度和催化剂匹配定向调控复杂催化反应,构建了分区分功能转化的多段变温流化床甲醇芳构化反应过程强化技术,可有效提高单程芳烃收率,显著降低后续分离成本和过程能耗。     

范川林

中国科学院过程工程研究所

个人简介:范川林,男,1983年9月生,工学博士,副研究员。主要研究方向是基于反应机制调控与流态化过程强化耦合的氯化冶金与过程工程,研究领域涉及氯化法高纯钒钛产品、氯化法固废资源化和氟化法气相白炭黑。相关研究成果在重要学术刊物上共发表SCI论文30篇,获授权中国发明专利30余项、国际发明专利70余项。

报告题目:流态化氯化过程强化与应用

报告简介:氯化工艺是制备无机金属或非金属材料的重要过程。传统氯化技术存在氯化温度高、反应效率低、原料适应性差等问题,低温氯化强化新技术是重要的发展方向。通过研究金属氧化物原料氯化过程机理,建立低温氯化强化机制,并发展低品位原料选择性氯化调控方法,形成流态化低温氯化系列新方法。在此基础上,开展钒、钛、铝、硅等高纯/超细氧化物粉体氯化法制备新技术开发和示范,以期促进相关传统产业技术升级和新兴产业快速发展。

 

朱礼涛

上海交通大学

个人简介:朱礼涛,2014年大连理工大学获化学工程学士学位后,进入上海交通大学攻读硕、博士学位,师从罗正鸿教授。2021年博士毕业后,继续开展博士后研究工作。主要从事多相反应器多尺度模拟与优化、流态化和多相流传递与反应、计算流体力学、介尺度科学、机器学习/人工智能等方面的理论与应用研究工作。迄今在国内外化工与多相流领域主流期刊上发表多篇学术论文。曾入选2022年德国洪堡学者、获2021年中国石油和化工联合会CPCIF-Clariant可持续发展青年创新奖等。

报告题目:机器学习在多相流和多相反应器中的应用进展

报告简介:近十年来,以机器学习为代表的人工智能和数据科学技术越来越广泛地应用于过程工程领域。以多相流和多相反应器为例,机器学习,尤其是深度学习、融合物理信息的机器学习,可用于辅助实验和模拟计算,加深对复杂多相流体力学特性、传递现象及反应特征的认识和理解,发现数据集中隐藏的模式/信息/机制,从而建立准确的预测/分类/优化模型。本报告将简要回顾机器学习在多相流和多相反应器中的应用进展:(1)封闭模型构建(包括曳力、湍流应力及相间热质传递等)、CFD加速计算;(2)流场图像重建、流型识别、流场关键参数预测、流场参数优化;(3)反应动力学建模(包括反应网络识别、动力学参数估计及反应源项预测等)、反应条件优化。本报告旨在讨论和分析机器学习在上述应用中的优势和不足,尝试总结面临的挑战和机遇,给出未来可能的研究方向。