滴流床反應(yīng)器中催化柴油加氫裂化反應(yīng)的數(shù)值模擬

發(fā)布時間：2020-09-21 10:34

　　隨著石油資源的深度開發(fā),國內(nèi)所加工原油質(zhì)量重質(zhì)化和劣質(zhì)化日益加劇,進(jìn)而導(dǎo)致催化柴油密度大、十六烷值低、重芳烴含量高等問題;另一方面,為降低霧霾等惡劣天氣的影響,更加嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和油品排放標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺,國家對汽柴油排放標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)一步限定了重芳烴、含硫化合物等的含量。目前,催化柴油加氫裂化技術(shù)生產(chǎn)高辛烷值優(yōu)質(zhì)汽油組分、提高油品品質(zhì)是最直接有效、且應(yīng)用最為廣泛的方法。滴流床反應(yīng)器是加氫裂化反應(yīng)應(yīng)用最廣泛的固定床三相反應(yīng)器之一,本文采用計算流體力學(xué)CFD結(jié)合加氫裂化反應(yīng)動力學(xué)模型,建立滴流床反應(yīng)器中催化柴油加氫反應(yīng)數(shù)學(xué)模型,用于指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計與優(yōu)化及工業(yè)化放大。本文以實驗室規(guī)模滴流床加氫裂化反應(yīng)器為模擬對象,利用計算機(jī)流體力學(xué)數(shù)值模擬軟件FLUENT 16.2對某研究院的催化柴油進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)的流體流動及加氫裂化反應(yīng)的數(shù)值模擬。首先,建立滴流床反應(yīng)器冷模氣液兩相流動數(shù)學(xué)模型,主要考察在不考慮加氫裂化反應(yīng)時的流體流動特性(床層壓降、持液量等)。在反應(yīng)器的催化劑床層區(qū)域添加適合高壓下滴流床流體流動的氣、液、固三相作用力模型來優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)的流場。進(jìn)而考察柴油空速、氫氣質(zhì)量流率對反應(yīng)器流體力學(xué)特性的影響,來驗證反應(yīng)器內(nèi)流場的合理性。其次,在反應(yīng)器內(nèi)流場合理、流動穩(wěn)定的情況下添加加氫裂化反應(yīng)動力學(xué)模型考察滴流床反應(yīng)器內(nèi)加氫裂化反應(yīng)特性(包括原油轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品收率、氫耗速率、溫度分布等)。根據(jù)原料油的特性選用改良后的Stangeland加氫裂化反應(yīng)動力學(xué)模型,并選取適合本文體系的模型參數(shù)。對反應(yīng)動力學(xué)進(jìn)行四階龍格庫塔法迭代求解,利用C語言編寫用戶自定義函數(shù)(User Defined Function，UDF)模擬反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。通過反應(yīng)體系的碳質(zhì)量守恒與分子量、碳?xì)浔葥Q算求取加氫裂化反應(yīng)過程氫氣消耗速率。借鑒氫耗與反應(yīng)熱的關(guān)聯(lián)方法,求取能量源項,考察反應(yīng)過程中的反應(yīng)器中的溫度變化。最后,本文系統(tǒng)考察了原油空速、氫氣質(zhì)量流率和反應(yīng)溫度對反應(yīng)器內(nèi)加氫裂化反應(yīng)過程的影響。原油空速從0.28 h-1升高到2.22 h-1,反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率從99.58%降為52.79%,反應(yīng)器床層溫差從12.77 K降為5.83 K;改變空速可以在一定程度上對產(chǎn)品餾程進(jìn)行選擇,提高空速有利于提高航空煤油的收率,降低空速有利于輕、重石腦油的產(chǎn)出。本文所構(gòu)建的滴流床加氫裂化反應(yīng)數(shù)學(xué)模型及模擬結(jié)果可為反應(yīng)器設(shè)計及工業(yè)化放大提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE96
【部分圖文】：