渣油加氢体系相平衡及计算流体力学研究

发布时间：2017-07-25 17:21

  本文关键词：渣油加氢体系相平衡及计算流体力学研究

  更多相关文章： 相平衡 溶解度 H_2 COSMOtherm肌 沸腾床反应器 CFD 相含率

【摘要】：石油是目前广泛使用的重要一次性能源之一,而渣油是石油经过加工处理的残渣,含量约为石油处理前的50%。因而研究渣油的加工处理,提高其转化率可以有效地利用有限的石油资源。本文主要对渣油加氢体系的相平衡及计算流体力学进行了考察。首先,测定了氢气在油品中的溶解度以及液相传质系数,本文通过实验测定了高温高压下(温度分别为80℃,100℃,130℃,150℃,180℃；压力1-6 MPa)氢气在一种催化柴油中的溶解度,研究发现H2在催化柴油中的溶解度是随着温度和压力的升高而变大的,与H2在一般的纯的或者混合有机化合物溶剂中的溶解规律相一致。并且得到了亨利常数与温度的关系,发现lnH与1/T呈线性关系*lnH(Pa-1)=2447.02/T(K)-0.11)。并且由实验值计算得到了液相传质系数,随着压力的增大,传质速率增大,溶解越快。此外,本文还利用COSMO-RS模型对于一定温度下H2在催化柴油中的溶解度规律进行预测,并将预测结果与实验数据进行了对比,发现二者之间的平均相对偏差低于1.65%,说明COSMO计算值与实验值能够较好地吻合,可以利用COSMO-RS模型对氢气在油品中的溶解度进行预测。在此基础上,预测了氢气在不同C/H比的化合物中的溶解度,发现H2溶解度会随碳氢化合物的不饱和度的增加而减小,并且发现相同C/H下,H2在烷烃中的溶解度大于芳烃。此外,本文利用CFD软件Fluent对一种新型渣油加氢沸腾床反应器进行了模拟研究。通过建立三相流动模型,选择合适的三相之间的相互作用模型,采用合适的数值求解方法对三相沸腾床反应器内的三相流动状况、压力温度分布、三相含率以及催化剂的带出状况进行了模拟,结果表明,沸腾床内三相的分布相对比较均匀,气含率较大,气相分压因此也比较高,这比较有利于加氢反应的进行。本文还模拟了操作条件(包括进料流率、汽液相进料比例、催化剂颗粒直径)的改变对反应器内三相流动状况的影响。发现,若按相同比例增大气液进料流率,反应器内达到平衡所需的时间减小,达到平衡时气液两相含率增加。此外,还对比了设置三相沸腾床扩大段设置三相分离器和未设置三相分离器对催化剂带出量的影响,结果表明内筒和外筒的设置能够有效地降低催化剂带出率。本文对气液固三相沸腾床反应器的流动特性模拟为沸腾床的应用(包括反应器的设、计、优化以及放大)提供了理论基础。
【关键词】：相平衡 溶解度 H_2 COSMOtherm肌 沸腾床反应器 CFD 相含率
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE621
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-17
• 第一章 文献综述17-35
• 1.1 渣油加氢处理概述17-18
• 1.2 气液相平衡概述18-25
• 1.2.1 气液相平衡测定方法18-20
• 1.2.1.1 静态法18-19
• 1.2.1.2 蒸馏法19
• 1.2.1.3 循环法19
• 1.2.1.4 泡点露点法19
• 1.2.1.5 饱和蒸气压法19-20
• 1.2.2 气液相平衡计算的方法20-23
• 1.2.2.1 活度系数法20-21
• 1.2.2.2 状态方程法21-23
• 1.2.3 氢气溶解度的研究进展23-25
• 1.3 COSMO-RS模型及COSMOtherm模型简介25-27
• 1.3.1 COSMO-RS模型简介25-26
• 1.3.2 COSMO-thermX模型简介26
• 1.3.3 两种模型的应用26-27
• 1.4 计算流体力学(CFD)概述27-28
• 1.5 三相沸腾床渣油加氢反应器的研究现状28-33
• 1.5.1 沸腾床渣油加氢反应器28-32
• 1.5.1.1 渣油沸腾床加氢处理工艺的特点29
• 1.5.1.2 典型沸腾床反应器简介29-30
• 1.5.1.2 抚研院研发的STRONG沸腾床反应器简介30-32
• 1.5.2 流化床模拟研究进展32-33
• 1.5.2.1 多相流模型的研究进展32
• 1.5.2.2 三相流化床的CFD模拟研究进展32-33
• 1.6 本文的主要研究内容33-35
• 1.6.1 本文的研究目的33-34
• 1.6.2 本文的研究内容34-35
• 第二章 氢气在催化柴油中溶解度及传质性能研究35-45
• 2.1 实验原料和实验装置35-36
• 2.1.1 实验原料及表征35
• 2.1.2 实验装置35-36
• 2.2 实验方法与实验步骤36-37
• 2.2.1 实验方法36
• 2.2.2 实验步骤36-37
• 2.3 溶解度与传质系数计算方法37-38
• 2.3.1 溶解度的计算37-38
• 2.3.2 传质系数的计算38
• 2.3.3 亨利常数的计算38
• 2.4 实验可靠性验证38-39
• 2.5 不确定度的计算39-40
• 2.6 实验结果分析讨论40-44
• 2.6.1 溶解度结果分析40-43
• 2.6.2 液相传质系数(KLa)结果分析43-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第三章 氢气溶解度的热力学模型预测45-51
• 3.1 COSMO-RS模型计算方法45-47
• 3.1.1 溶解度的计算方法45-46
• 3.1.2 模型化合物的建立46-47
• 3.2 模型预测结果讨论47-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 三相沸腾床反应器冷模CFD模拟研究51-77
• 4.1 三相沸腾床反应器模型的构建51-57
• 4.1.1 多相流模型的选择51-52
• 4.1.1.1 VOF模型51-52
• 4.1.1.2 混合(Mixture)模型52
• 4.1.1.3 欧拉(Eulerian)模型52
• 4.1.2 三相流体流动的控制方程52-54
• 4.1.2.1 质量守恒方程52-53
• 4.1.2.2 动量守恒方程53-54
• 4.1.3 数值求解方法的选择54-55
• 4.1.4 边界条件和初始条件的确定55
• 4.1.5 模拟对象与所选体系的物理性质55-56
• 4.1.6 几何模型的建立与网格划分56-57
• 4.1.6.1 模型简化56
• 4.1.6.2 网格的划分56-57
• 4.2 三相流动特性模拟与分析57-63
• 4.2.1 网格无关性验证57-58
• 4.2.2 达到稳定判据58-61
• 4.2.3 模型可靠性验证61-63
• 4.3 模拟结果分析讨论63-71
• 4.3.1 压力场和速度场的模拟63-64
• 4.3.2 不同操作条件对模拟结果的影响64-71
• 4.3.2.1 进料率对相含率的影响64-69
• 4.3.2.2 进料流率对催化剂颗粒轴向速度的影响69-71
• 4.4 反应器内构件对模拟结果的影响71-76
• 4.4.1 反应器区设置挡板对三相分布的影响71-73
• 4.4.2 三相分离器对催化剂带出率的影响73-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 结论与展望77-81
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-81
• 参考文献81-89
• 致谢89-91
• 作者和导师简介91-92
• 附件92-93

【参考文献】

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本文编号：572407