柴油液相加氫固定床鼓泡反應器的混合傳質特性及反應器模型.pdf

1、無循環上流式柴油液相加氫工藝是一種符合低硫柴油生產標準的新生工藝，該工藝不僅能夠有效降低柴油中的硫含量，滿足油品質量升級需要，同時能夠節省大量設備及操作費用，在石化煉制工業展現出巨大的發展潛力。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鍵。本文以無循環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條件下氫

2、氣在直餾柴油中的飽和溶解度，為無循環上流式柴油液相加氫工藝技術參數的確定提供依據;另一方面，則通過冷模實驗的方法對固定床鼓泡反應器內傳質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。論文主要研究內容和成果包括:
　　(1)利用取樣閃蒸的方法測定了工業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，模型計算結果與實驗值

3、的平均相對偏差在10％以內。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等雜質氣體對氫氣溶解的影響。結果發現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的氣液傳質系數隨表觀氣速、表觀液速、填料直徑等參數的變化規律。在實驗條件下

4、，提高表觀氣液速均會使得氣液傳質系數增大，且表觀液速的影響更為顯著。而隨填料直徑增大，氣液傳質系數則表現出先減小后增大的趨勢。通過對實驗數據的分析，回歸得到氣液傳質系數kLa的經驗關聯式，公式預測值與實驗值的相對偏差在±20％以內。
　　(3)利用電解質示蹤法考察了固定床鼓泡反應器內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的變化規律。結果表明，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返混程度進行計算，結果顯示返混程度隨表觀液速的增大而減小，隨表現氣速的增大而增大，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。通過對多組實驗數據的回歸分析，提出了Pe準數與氣液兩相雷諾數及填料直徑的經驗關聯式，公式預測值與實驗值的相對偏

6、差在±20％以內。
　　(4)基于實驗測得的氫氣溶解度及氣液傳質系數與返混程度計算關聯式，結合無循環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學模型。經驗算，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。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，繼續升高流股溫度或降低液相空速并不會對脫硫效率產生明顯影響。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