蠟油加氫體系相平衡及CFD模擬研究.pdf

1、減壓蠟油是一種重要的石油原料，經原油減壓分餾后得到的減壓蠟油含硫、氮量高，且質地粘稠，油品較為劣質。加氫工藝是深化石油加工及優(yōu)化油品質量的重要技術手段，是處理含硫量高、品質差的油品的有效方法之一。因而研究蠟油的加氫過程，可以有效節(jié)約石油資源，并得到品質較好的下游產品。工業(yè)上的加氫系統(tǒng)中所用的H2由新氫和循環(huán)舊氫組成，舊氫中會混有少量的CH4氣體。本文主要對蠟油加氫體系進行了相平衡研究，以及加氫技術所使用的沸騰床反應器進行了CFD模擬計算

2、，為工業(yè)上蠟油加氫及反應器的優(yōu)化設計提供了可靠的數據及理論支持。
　　本文分別測定了高溫(353.15-453.15K)高壓(1-7MPa)下H2、CH4及二者混合氣在減壓蠟油中的溶解度。結果發(fā)現(xiàn)H2和CH4單一氣體在蠟油中的溶解度隨著壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。擬合得到了亨利常數H與溫度T的關系分別為lnH(MPa)=-413.05/T(K)+5.27和lnH(MPa)=-990.67/T(K)+5.87。計算發(fā)現(xiàn)液

3、相傳質系數與壓力成正相關，即增加壓力有利于增大氣體在蠟油中的溶解度。同時測定了H2/CH4混合氣體在減壓蠟油中的相平衡數據，并計算了CH4對H2的選擇性，發(fā)現(xiàn)選擇性隨著溫度的增加而降低。
　　此外，本文根據減壓蠟油的性質構建了6種可替代其分子的模型化合物，利用COSMO-RS模型對相同溫度壓力下H2和CH4在減壓蠟油替代分子中的溶解度進行了計算。將H2和CH4溶解度的COSMO計算值與實驗測定值比較后發(fā)現(xiàn)，兩者偏差不大。對于混合氣

4、體則計算了理想選擇性，并與實驗值計算的選擇性進行了對比，擬合結果良好，說明了COSMO-RS模型的可靠性。
　　最后，本文對撫研院自主研發(fā)的沸騰床加氫反應器進行了CFD冷模模擬。建立了氣液固三相歐拉流動模型，對反應器中的壓力場、速度場分布以及三相流動特性進行了模擬分析。結果表明，反應器內三相處于全混狀態(tài)，氣含率較大。本文還對反應器內設置3種不同類型的擋板的情況進行了模擬。結果表明反應器內添加了擋板后的三相分布反而不如沒有添加擋板時