本文關(guān)鍵詞：渣油加氫體系相平衡及計算流體力學研究

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【摘要】：石油是目前廣泛使用的重要一次性能源之一,而渣油是石油經(jīng)過加工處理的殘渣,含量約為石油處理前的50%。因而研究渣油的加工處理,提高其轉(zhuǎn)化率可以有效地利用有限的石油資源。本文主要對渣油加氫體系的相平衡及計算流體力學進行了考察。首先,測定了氫氣在油品中的溶解度以及液相傳質(zhì)系數(shù),本文通過實驗測定了高溫高壓下(溫度分別為80℃,100℃,130℃,150℃,180℃；壓力1-6 MPa)氫氣在一種催化柴油中的溶解度,研究發(fā)現(xiàn)H2在催化柴油中的溶解度是隨著溫度和壓力的升高而變大的,與H2在一般的純的或者混合有機化合物溶劑中的溶解規(guī)律相一致。并且得到了亨利常數(shù)與溫度的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)lnH與1/T呈線性關(guān)系*lnH(Pa-1)=2447.02/T(K)-0.11)。并且由實驗值計算得到了液相傳質(zhì)系數(shù),隨著壓力的增大,傳質(zhì)速率增大,溶解越快。此外,本文還利用COSMO-RS模型對于一定溫度下H2在催化柴油中的溶解度規(guī)律進行預(yù)測,并將預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比,發(fā)現(xiàn)二者之間的平均相對偏差低于1.65%,說明COSMO計算值與實驗值能夠較好地吻合,可以利用COSMO-RS模型對氫氣在油品中的溶解度進行預(yù)測。在此基礎(chǔ)上,預(yù)測了氫氣在不同C/H比的化合物中的溶解度,發(fā)現(xiàn)H2溶解度會隨碳氫化合物的不飽和度的增加而減小,并且發(fā)現(xiàn)相同C/H下,H2在烷烴中的溶解度大于芳烴。此外,本文利用CFD軟件Fluent對一種新型渣油加氫沸騰床反應(yīng)器進行了模擬研究。通過建立三相流動模型,選擇合適的三相之間的相互作用模型,采用合適的數(shù)值求解方法對三相沸騰床反應(yīng)器內(nèi)的三相流動狀況、壓力溫度分布、三相含率以及催化劑的帶出狀況進行了模擬,結(jié)果表明,沸騰床內(nèi)三相的分布相對比較均勻,氣含率較大,氣相分壓因此也比較高,這比較有利于加氫反應(yīng)的進行。本文還模擬了操作條件(包括進料流率、汽液相進料比例、催化劑顆粒直徑)的改變對反應(yīng)器內(nèi)三相流動狀況的影響。發(fā)現(xiàn),若按相同比例增大氣液進料流率,反應(yīng)器內(nèi)達到平衡所需的時間減小,達到平衡時氣液兩相含率增加。此外,還對比了設(shè)置三相沸騰床擴大段設(shè)置三相分離器和未設(shè)置三相分離器對催化劑帶出量的影響,結(jié)果表明內(nèi)筒和外筒的設(shè)置能夠有效地降低催化劑帶出率。本文對氣液固三相沸騰床反應(yīng)器的流動特性模擬為沸騰床的應(yīng)用(包括反應(yīng)器的設(shè)、計、優(yōu)化以及放大)提供了理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：相平衡 溶解度 H_2 COSMOtherm肌 沸騰床反應(yīng)器 CFD 相含率
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE621
【目錄】：

• 學位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符號說明15-17
• 第一章 文獻綜述17-35
• 1.1 渣油加氫處理概述17-18
• 1.2 氣液相平衡概述18-25
• 1.2.1 氣液相平衡測定方法18-20
• 1.2.1.1 靜態(tài)法18-19
• 1.2.1.2 蒸餾法19
• 1.2.1.3 循環(huán)法19
• 1.2.1.4 泡點露點法19
• 1.2.1.5 飽和蒸氣壓法19-20
• 1.2.2 氣液相平衡計算的方法20-23
• 1.2.2.1 活度系數(shù)法20-21
• 1.2.2.2 狀態(tài)方程法21-23
• 1.2.3 氫氣溶解度的研究進展23-25
• 1.3 COSMO-RS模型及COSMOtherm模型簡介25-27
• 1.3.1 COSMO-RS模型簡介25-26
• 1.3.2 COSMO-thermX模型簡介26
• 1.3.3 兩種模型的應(yīng)用26-27
• 1.4 計算流體力學(CFD)概述27-28
• 1.5 三相沸騰床渣油加氫反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀28-33
• 1.5.1 沸騰床渣油加氫反應(yīng)器28-32
• 1.5.1.1 渣油沸騰床加氫處理工藝的特點29
• 1.5.1.2 典型沸騰床反應(yīng)器簡介29-30
• 1.5.1.2 撫研院研發(fā)的STRONG沸騰床反應(yīng)器簡介30-32
• 1.5.2 流化床模擬研究進展32-33
• 1.5.2.1 多相流模型的研究進展32
• 1.5.2.2 三相流化床的CFD模擬研究進展32-33
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容33-35
• 1.6.1 本文的研究目的33-34
• 1.6.2 本文的研究內(nèi)容34-35
• 第二章 氫氣在催化柴油中溶解度及傳質(zhì)性能研究35-45
• 2.1 實驗原料和實驗裝置35-36
• 2.1.1 實驗原料及表征35
• 2.1.2 實驗裝置35-36
• 2.2 實驗方法與實驗步驟36-37
• 2.2.1 實驗方法36
• 2.2.2 實驗步驟36-37
• 2.3 溶解度與傳質(zhì)系數(shù)計算方法37-38
• 2.3.1 溶解度的計算37-38
• 2.3.2 傳質(zhì)系數(shù)的計算38
• 2.3.3 亨利常數(shù)的計算38
• 2.4 實驗可靠性驗證38-39
• 2.5 不確定度的計算39-40
• 2.6 實驗結(jié)果分析討論40-44
• 2.6.1 溶解度結(jié)果分析40-43
• 2.6.2 液相傳質(zhì)系數(shù)(KLa)結(jié)果分析43-44
• 2.7 本章小結(jié)44-45
• 第三章 氫氣溶解度的熱力學模型預(yù)測45-51
• 3.1 COSMO-RS模型計算方法45-47
• 3.1.1 溶解度的計算方法45-46
• 3.1.2 模型化合物的建立46-47
• 3.2 模型預(yù)測結(jié)果討論47-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第四章 三相沸騰床反應(yīng)器冷模CFD模擬研究51-77
• 4.1 三相沸騰床反應(yīng)器模型的構(gòu)建51-57
• 4.1.1 多相流模型的選擇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 歐拉(Eulerian)模型52
• 4.1.2 三相流體流動的控制方程52-54
• 4.1.2.1 質(zhì)量守恒方程52-53
• 4.1.2.2 動量守恒方程53-54
• 4.1.3 數(shù)值求解方法的選擇54-55
• 4.1.4 邊界條件和初始條件的確定55
• 4.1.5 模擬對象與所選體系的物理性質(zhì)55-56
• 4.1.6 幾何模型的建立與網(wǎng)格劃分56-57
• 4.1.6.1 模型簡化56
• 4.1.6.2 網(wǎng)格的劃分56-57
• 4.2 三相流動特性模擬與分析57-63
• 4.2.1 網(wǎng)格無關(guān)性驗證57-58
• 4.2.2 達到穩(wěn)定判據(jù)58-61
• 4.2.3 模型可靠性驗證61-63
• 4.3 模擬結(jié)果分析討論63-71
• 4.3.1 壓力場和速度場的模擬63-64
• 4.3.2 不同操作條件對模擬結(jié)果的影響64-71
• 4.3.2.1 進料率對相含率的影響64-69
• 4.3.2.2 進料流率對催化劑顆粒軸向速度的影響69-71
• 4.4 反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件對模擬結(jié)果的影響71-76
• 4.4.1 反應(yīng)器區(qū)設(shè)置擋板對三相分布的影響71-73
• 4.4.2 三相分離器對催化劑帶出率的影響73-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 第五章 結(jié)論與展望77-81
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-81
• 參考文獻81-89
• 致謝89-91
• 作者和導(dǎo)師簡介91-92
• 附件92-93

【參考文獻】

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本文編號：572407