大型轴向固定床反应器中流体流动的数值模拟

根据固定床反应器内液体的流动特性建立了统一模型控制方程组,提出一种对各相同性或异性多孔介质的平方阻力系数进行估算的方法,对大型固定床反应器中液体通过入口分布器及多孔介质的流动问题进行数值计算。计算结果表明,入口分布器和惰性填料可使反应器内液体流动的均匀性得到明显改善;入口分布器顶部开孔对催化剂床层内液体流速径向分布影响较小;降低分布器高度未对液体流速径向分布产生明显的影响;反应器底部装填瓷球等填料虽有利于改善反应器自由空间区的流体流动的均匀性,但对液体在床层内的流动影响不大。     

催化重整固定床反应器反应条件的优化

采用已经建立的催化重整固定床反应器（Catalytic reforming fixed bed reactor，简称CRFBR）内传递及反应过程的综合数学模型，对工业固定床催化重整反应器进行数值模拟研究。考察了反应温度、反应压力、体积空速和氢／油体积比对产物组成的影响。结果表明，高反应温度、低反应压力可以提高产品的芳烃产率，但高反应温度会同时降低液体产物收率，低反应压力会加速催化剂上的积炭。体积空速和氢／油体积比的提高会导致液体产物收率增加和芳烃产率降低。在满足产品质量要求的条件下，各操作参数存在着最优值。引入芳烃产率和液体产物收率的变化量之积，即重整芳产液收积（K1）作为控制参数，以K1达极大值时的反应条件作为最佳反应器操作条件，为催化重整工艺条件的优化提供理论依据。     

催化重整集总反应动力学模拟

在Smith集总反应动力学模型基础上,建立催化重整轴向和径向反应器的数学模型,对工业装置进行模拟。并利用实际生产操作数据,对Smith模型动力学参数进行了优化。用优化后的模型对装置进行模拟计算,其结果与实际操作吻合较好。     

催化重整固定床反应器反应条件的优化研究

 采用已经建立的催化重整固定床反应器（Catalytic reforming fixed bed reactor，简称CRFBR）内传递及反应过程的综合数学模型，对工业固定床催化重整反应器进行数值模拟研究。考察了反应温度、反应压力、体积空速和氢/油体积比对产物组成的影响。结果表明，高反应温度、低反应压力可以提高产品的芳烃产率，但高反应温度会同时降低液体产物收率，低反应压力会加速催化剂上的积炭。体积空速和氢/油体积比的提高会导致液体产物收率增加和芳烃产率降低。在满足产品质量要求的条件下，各操作参数存在着最优值。引入芳烃产率和液体产物收率的变化量之积，即重整芳产液收积(K_I)作为控制参数，以K_I达极大值时的反应条件作为最佳反应器操作条件，为催化重整工艺条件的优化提供理论依据。     

乙醇脱水固定床反应器数值模拟的研究

应用计算流体力学软件Fluent,选用多孔介质模型,对φ50 mm×500 mm的乙醇脱水固定床反应器建立了单管反应器整体反应数学模型,模拟了反应器内温度和浓度分布,并对模拟结果进行了实验验证。研究结果表明,催化剂床层上部的径向温差较大,最大温差可达50℃,是脱水反应发生的主要区域;在反应器内高温区域有利于产物乙烯的生成,低温区域则有利于乙醚的生成;在400℃、WHSV=1.0 h-1的条件下,温度分布的模拟值和实验值的偏差不超过10℃,反应器出口乙烯选择性的模拟和实验值分别为98.6%和96.9%,乙烯选择性相对误差1.8%。实验证实选用的模型能较准确模拟乙醇脱水反应器内温度和浓度的分布情况。     

乙烯裂解炉内传递和反应过程综合数值模拟Ⅱ.反应管内传递和反应过程的数值模拟

采用乙烯裂解炉传递反应过程综合数学模型中的反应管数学模型，对工业裂解炉反应管进行了系统的数值模拟，得到了反应管内流场、温度场和浓度场的详细信息，揭示了反应管内流动、传热、传质和裂解反应的基本特点。模拟结果表明，沿反应管轴向油气吸热升温，裂解反应加剧，产物产率逐渐发生变化；沿反应管径向存在明显的流体流速和温度的变化，而产物产率的变化不如流体流速和温度的变化明显。通过比较湍流粘度和分子粘度的大小，认为29．975～30mm的径向区域为层流层，层流层的存在使得临近管壁的区域内流体流速和温度变化显著。     

催化重整反应器的模拟与分析

使用假组份简化重整反应器进料，并通过引用四个模型反应及对应的动力学经验式，对催化重整反应器进行数学描述。用这套模型对工厂装置进行模拟计算，得到反应器径向的温度分布和浓度分布，其结果与装置实际数据吻合。     

芳烃型催化重整操作条件的分析及优化

 在催化重整27集总反应动力学模型的基础上,分析了移动床连续重整4个反应器的进口温度、催化剂使用时间、空速及氢/烃摩尔比等7个操作变量对反应的影响,同时以芳烃产率为目标函数对操作参数进行了优化。各反应器进口温度对反应的影响由大到小的顺序为第4反应器进口温度、第3反应器进口温度、第2反应器进口温度、第1反应器进口温度。优化后的第1～4反应器进口温度分别为502.93、505.71、520.78和537.02℃,经优化计算芳烃产率可提高0.98%,二甲苯产率可提高1.34%,氢气产率也略有增加。该操作条件分析及优化结果可为芳烃型重整装置的优化操作提供参考。     

Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中积炭效应的数值模拟

在综合考虑积炭效应对催化剂孔隙率以及催化剂活性影响的基础上,通过建立包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,从热质传递的角度,计算了Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中的积炭效应,阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度、温度及压力场分布,并指出了在通道中随气体流动扩散的可移动炭以及催化剂表面沉积炭浓度分布规律,分析了积炭对催化剂孔隙率、活性以及反应通道压降的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。     

固定床反应器场分布计算机模拟研究进展

固定床内的局部流动和传热过程直接影响反应产率和反应器结构安全,对于固定床反应器内部反应特征研究一直是一个颇具挑战性的问题。实测法和数学模拟的方法广泛应用于该类反应器内部压力场、温度场以及流动特性等场分布的研究。本文综述分析了固定床反应器内部场分布计算机模拟研究进展,从宏观尺度、介尺度、微尺度对研究内容和研究方法进行探讨,对该方面的后续研究做了展望。     

乙烯裂解炉内传递及反应过程综合数值模拟Ⅰ.数学模型的建立

分析了裂解炉反应管内原料的流动、传热、传质和裂解反应以及炉膛内燃料燃烧、烟气流动和传热等复杂过程。以流体力学的基本微分方程为基础，考虑了流体的湍流流动，结合王宗祥等建立的轻烃裂解制乙烯动力学模型、扩散火焰燃烧模型和离散坐标辐射传热模型，建立了乙烯裂解炉内传递及反应过程的综合数学模型。并且给出了模型求解时的边界条件和相应的数值计算方法。     

连续催化重整装置流程模拟与优化

应用Aspen HYSYS软件对中国石化洛阳分公司700 kt/a连续催化重整（简称重整）装置进行流程模拟,得到了与装置实际操作接近的理想模型。通过模型对重整预加氢分馏塔C101操作参数、重整生成油换热流程进行优化,并模拟反应温度对重整汽油辛烷值桶、芳烃收率、纯氢收率等产品指标及积碳速率的影响。结果表明：优化后重整进料中C5组分的质量分数由优化前的3.06%降至2.40%,C101塔底再沸炉瓦斯耗量减少94 m³/h;优化重整生成油换热流程后,重整脱戊烷油热供芳烃温度由70℃提高至95℃,下游芳烃装置3.5MPa蒸汽耗量降低2t/h,重整生成油脱戊烷塔塔底再沸炉瓦斯耗量减少20 m³/h,C101塔顶两台空气冷却器停运,节电248kW.h;结合装置烧焦能力,确定了重整装置适宜的反应温度为520℃。通过上述优化措施,连续重整装置效益可增加 1 358万元/a。     

催化重整装置的动态模型和仿真

根据物料平衡、能量平衡和化学反应动力学原理，开发了催化重整装置的非线性动态数学模型，用二维拉氏变换及正交配制方法把分布参数模型转化为集中参数模型求解。仿真结果表明，模型的稳态结果与动态变化范围逼近实际装置。该模型可应用于炼油厂铂重整装置的开工、停工、正常操作及各种事故处理的动态模拟和仿真培训。     

催化重整反应条件的优化

分析了重整C+5产品收率与产品辛烷值随反应条件的变化规律.提出将重整C+5产品收率与产品辛烷值之积(K)的极大值作为最优重整反应状态的目标值,给出了重整反应条件的优化方法.系统分析和研究了重整反应条件如重整反应温度、反应压力和催化剂装填比等对K的影响规律,为催化重整工艺的优化提供了一个理论依据.     

连续重整装置仿真系统的设计开发

为提高操作人员对连续重整装置开停工及事故处理的熟练程度，并对生产进行指导，采用半机理模型结合设计和现场数据介发的连续重整装置仿真系统已在现场成功投用。介绍了该仿真系统的软硬件结构、动态模型及仿真功能。     

一种新型移动床重整径向反应器的结构设计

从结构类型、选材,以及盖板、中心管、扇形简等内件的优化设计等方面。介绍了一种用于低压组合床重整装置的新型移动床重整径向反应器的结构设计特点。该反应器具有结构简单、投资省等优点。已于2001年正式投产。至今运转良好。     

延迟焦化炉内湍流流动、燃烧和传热综合过程数值模拟

 在焦化炉综合模拟研究中，准确描述出炉膛内的燃烧和传热过程极其重要，采用分区耦合的计算方法，实现了对工业焦化炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的完全仿真，并且对焦化炉内流动、燃烧和传热全部工艺过程进行了完全的真实模拟。计算得到了炉内流场，温度场，以及炉管表面热流密度分布的详细信息，揭示了焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟结果表明，炉膛中存在着流动、燃烧反应与传热的不均匀分布，是造成炉管管壁热流的非均匀分布的原因。