滴流床反应器中催化柴油加氢裂化反应的数值模拟

发布时间：2020-09-21 10:34

　　 随着石油资源的深度开发,国内所加工原油质量重质化和劣质化日益加剧,进而导致催化柴油密度大、十六烷值低、重芳烃含量高等问题;另一方面,为降低雾霾等恶劣天气的影响,更加严格的环保法规和油品排放标准相继出台,国家对汽柴油排放标准中进一步限定了重芳烃、含硫化合物等的含量。目前,催化柴油加氢裂化技术生产高辛烷值优质汽油组分、提高油品品质是最直接有效、且应用最为广泛的方法。滴流床反应器是加氢裂化反应应用最广泛的固定床三相反应器之一,本文采用计算流体力学CFD结合加氢裂化反应动力学模型,建立滴流床反应器中催化柴油加氢反应数学模型,用于指导反应器的设计与优化及工业化放大。本文以实验室规模滴流床加氢裂化反应器为模拟对象,利用计算机流体力学数值模拟软件FLUENT 16.2对某研究院的催化柴油进行反应器内的流体流动及加氢裂化反应的数值模拟。首先,建立滴流床反应器冷模气液两相流动数学模型,主要考察在不考虑加氢裂化反应时的流体流动特性(床层压降、持液量等)。在反应器的催化剂床层区域添加适合高压下滴流床流体流动的气、液、固三相作用力模型来优化反应器内的流场。进而考察柴油空速、氢气质量流率对反应器流体力学特性的影响,来验证反应器内流场的合理性。其次,在反应器内流场合理、流动稳定的情况下添加加氢裂化反应动力学模型考察滴流床反应器内加氢裂化反应特性(包括原油转化率、产品收率、氢耗速率、温度分布等)。根据原料油的特性选用改良后的Stangeland加氢裂化反应动力学模型,并选取适合本文体系的模型参数。对反应动力学进行四阶龙格库塔法迭代求解,利用C语言编写用户自定义函数(User Defined Function，UDF)模拟反应中物质的转化。通过反应体系的碳质量守恒与分子量、碳氢比换算求取加氢裂化反应过程氢气消耗速率。借鉴氢耗与反应热的关联方法,求取能量源项,考察反应过程中的反应器中的温度变化。最后,本文系统考察了原油空速、氢气质量流率和反应温度对反应器内加氢裂化反应过程的影响。原油空速从0.28 h-1升高到2.22 h-1,反应器出口转化率从99.58%降为52.79%,反应器床层温差从12.77 K降为5.83 K;改变空速可以在一定程度上对产品馏程进行选择,提高空速有利于提高航空煤油的收率,降低空速有利于轻、重石脑油的产出。本文所构建的滴流床加氢裂化反应数学模型及模拟结果可为反应器设计及工业化放大提供理论依据。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE96
【部分图文】：

图３－１邋ＣＦＤ模拟一般流程逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋Ｔｈｅ邋ｇｅｎｅｒａｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＣＦＤ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑

滴流床反应器3维模型及尺寸

图３－３流体计算域与网格划分逡逑Ｆｉｇ．邋３－３邋Ｍｅｓｈ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ邋ｄｏｍａｉｎ逡逑３．３．２参数设置及边界条件逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴煜斌;郝惠娣;郭玉婷;;滴流床反应器基于CFD的流体力学研究[J];西北大学学报(自然科学版);2015年05期

2 于淼;宋永一;郭蓉;;FHUDS-5柴油深度脱硫催化剂国外工业应用分析[J];当代化工;2013年08期

3 赵伟;初旭铭;贾忱;韩毓旺;陈良勇;胡q

本文编号：2823387