柴油液相加氫固定床鼓泡反應器的混合傳質(zhì)特性及反應器模型.pdf

1、無循環(huán)上流式柴油液相加氫工藝是一種符合低硫柴油生產(chǎn)標準的新生工藝，該工藝不僅能夠有效降低柴油中的硫含量，滿足油品質(zhì)量升級需要，同時能夠節(jié)省大量設備及操作費用，在石化煉制工業(yè)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。該工藝的核心是以預飽和的柴油進料，并由柴油中的溶解氫提供反應所需的氫氣，消耗的氫氣則通過多點注氫的方式不斷地進行補充?？焖儆行У毓涫谴斯に嚨年P(guān)鍵。本文以無循環(huán)上流式柴油液相加氫工藝所使用的固定床鼓泡反應器作為研究對象，一方面通過測定工業(yè)條件下氫

2、氣在直餾柴油中的飽和溶解度，為無循環(huán)上流式柴油液相加氫工藝技術(shù)參數(shù)的確定提供依據(jù);另一方面，則通過冷模實驗的方法對固定床鼓泡反應器內(nèi)傳質(zhì)和混合情況進行研究;在此基礎上，建立反應器模型，以指導注氫點的設計及反應器的工程化放大。論文主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)利用取樣閃蒸的方法測定了工業(yè)條件下氫氣在直餾柴油中的溶解度，重點考察了氫氣溶解度隨操作溫度和壓力的變化規(guī)律，并提出了氫氣在直餾柴油中溶解度的計算模型，模型計算結(jié)果與實驗值

3、的平均相對偏差在10％以內(nèi)。同時，利用Aspen plus軟件建立了氫氣溶解度模擬計算流程，考察了H2S、NH3、 CH4等雜質(zhì)氣體對氫氣溶解的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)升高操作溫度和壓力均有利于提高氫氣在直餾柴油中的溶解度。雜質(zhì)氣體的存在會不同程度的抑制氫氣的溶解，其中CH4氣體的抑制作用最強，NH3次之，H2S最弱。
　　(2)利用溶氧電極法考察了固定床鼓泡反應器內(nèi)的氣液傳質(zhì)系數(shù)隨表觀氣速、表觀液速、填料直徑等參數(shù)的變化規(guī)律。在實驗條件下

4、，提高表觀氣液速均會使得氣液傳質(zhì)系數(shù)增大，且表觀液速的影響更為顯著。而隨填料直徑增大，氣液傳質(zhì)系數(shù)則表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，回歸得到氣液傳質(zhì)系數(shù)kLa的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，公式預測值與實驗值的相對偏差在±20％以內(nèi)。
　　(3)利用電解質(zhì)示蹤法考察了固定床鼓泡反應器內(nèi)的液相宏觀停留時間分布隨表觀氣速、表觀液速及填料直徑等參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明，平均停留時間隨表觀液速的增大而減小，隨表觀氣速的增大則沒有明顯變化。當

5、填料直徑較小時，平均停留時間隨填料直徑的增大而減小;而當填料直徑較大時，繼續(xù)增大填料直徑則對平均停留時間無顯著影響?；诓煌瑮l件下的停留時間分布，采用軸向擴散模型對反應器內(nèi)返混程度進行計算，結(jié)果顯示返混程度隨表觀液速的增大而減小，隨表現(xiàn)氣速的增大而增大，且液速對返混程度的影響比氣速更為顯著;返混程度隨填料直徑的增大先減小后增大。通過對多組實驗數(shù)據(jù)的回歸分析，提出了Pe準數(shù)與氣液兩相雷諾數(shù)及填料直徑的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，公式預測值與實驗值的相對偏

6、差在±20％以內(nèi)。
　　(4)基于實驗測得的氫氣溶解度及氣液傳質(zhì)系數(shù)與返混程度計算關(guān)聯(lián)式，結(jié)合無循環(huán)上流式柴油液相加氫工藝的操作特性，建立了固定床鼓泡反應器的數(shù)學模型。經(jīng)驗算，脫硫效率、脫氮率、總氫耗等模型計算值與文獻值符合較好，誤差在5％以內(nèi)。在此基礎上，使用該模型分析了入口流股溫度、液相空速及氫分壓對脫硫效率和反應器進出口溫差的影響。結(jié)果顯示:升高入口流股溫度和降低液相空速都會使得脫硫效率增大，且當氫油比≥100 Nm3·m-

7、3，入口流股溫度≥360℃，液相空速LHSV≤2.0 h-1時，繼續(xù)升高流股溫度或降低液相空速并不會對脫硫效率產(chǎn)生明顯影響。同時，升高入口流股溫度或降低液相空速均會使得反應器進出口溫升增大。提高氫分壓對脫硫效率無顯著影響，但卻會使得反應器進出口溫差增大。按照單段床層溫差不超過12℃，反應器進出口溫差不超過20℃的原則，用該模型對注氫點的設計方法進行了討論:總氫油比一定時，單點注氫和多點注氫都能夠降低床層溫升，然而同時也會降低脫硫效率，因