重质油加工已经成为当今世界石油加工炼制的重要组成部分,加工重油的一项新工艺为重质油梯级分离工艺。喷雾造粒塔是该工艺中的关键设备之一,其优化设计及合理操作直接影响重油梯级分离工艺中的沥青造粒和溶剂回收过程。脱油沥青颗粒的流化和气提过程是喷雾造粒系统的一个重要环节。气提段的结构改进及操作条件的优化从根本上说都是基于对其内部气固两相流动过程的充分认识。采用CFD方法对喷雾造粒塔内气固两相流动和脱油沥青颗粒的流化及气提过程进行数值模拟研究。首先针对造粒塔分离性能和排料堵塞的问题,考察喷嘴不同进料结构对其分离性能和颗粒浓度分布的影响,计算结果表明0°直喷时沥青颗粒在塔底均匀分布,塔内颗粒浓度底部较高,在气提氮气的作用下,物料在塔底大量堆积。斜进料结构造粒塔内产生双层旋流,离心力的作用促进颗粒与气相溶剂的快速分离,颗粒沿外壁向下运动并顺利从底部物料排出口排出。其次,在欧拉两相流的基础上,考虑到脱油沥青颗粒易团聚的特点,对曳力模型进行修正后建立流化床内气固两相流动模型,考察了脱油沥青颗粒在床内的散式流态化过程,结果表明当流化气速为0.02m/s时,颗粒均匀地分布在床层上,整个床层已经完全流化。随着流化速度的提高,床层继续膨胀但并没有气泡产生,颗粒之间的距离均匀增大,床层高度上升,并保持稳定的上界面。在此基础上,考察气提气速对脱油沥青颗粒气提性能的影响,计算结果表明:当气提线速小于0.06m/s时,气提效率受气提线速的影响较大,而当气提线速大于0.06m/s时,气提效率增加不明显。最后,考察直喷和45°斜喷两种不同进料结构下,气提气量对其分离空间内流场、颗粒浓度分布及分离性能的影响规律,模拟结果表明,气提气量对直喷结构造粒塔的分离效率影响较大,当气提气量比由1.8%增加到7.2%时,其分离效率下降了4%,并且气提气量的增加加剧了颗粒在塔底的堆积。而对于45°斜进料结构的造粒塔,其分离效率仅下降了0.8%。