催化裂化反应再生系统的介尺度模型及全回路反应模拟

本项目以催化裂化反应再生系统中的复杂反应流动过程为研究背景，以理论建模和全回路数值模拟为手段深入探讨催化裂化过程中的催化剂流动及其介尺度结构在全回路系统中的关键作用，建立欧拉-欧拉方法描述气（多组分油气）-固（催化剂颗粒及沉积焦炭）反应流动的模型框架，结合介尺度模型考虑介尺度结构的影响来描述相间流动、传质、传热及反应等行为。在准确预测单个提升管和再生器内复杂流动的基础上，逐步加入各自的反应动力学以及选择合理的焦炭处理模式从而匹配反应与再生，最终实现工业催化裂化系统全回路的三维瞬时反应模拟。本研究的开展，有助于深入理解石油催化裂化全回路系统中的流动与反应、反应与再生等多组协调关系，形成适合工业体系的科学的模型方法论，并预期能有效诊断反应器问题、提升反应器优化设计能力。

本项目主要以催化裂化反应再生系统中的复杂反应流动为研究对象，在欧拉-欧拉方法的框架下结合发展介尺度模型实现全回路三维瞬态模拟。本项目围绕研究计划进行展开，取得成果及完成情况如下: 1)针对全回路系统中存在多种流域的情况，分析现有介尺度模型的适用性和局限性。完成介尺度结构重要参数，即团聚物直径模型的总结和系统分析，改进现有介尺度模型中的团聚物方程表达式，将原有模型的适用范围拓展到低气速和高通量的范畴；2)提出了基于介观结构参数的传热系数模型，成功地应用于催化裂化反应模拟。对于如何考虑流动结构对反应参数的影响，还需选择更具普适性的反应进行深入研究；3)对全回路中的其它重要单元，进行了再生器的流动模拟和预提升段的传热模拟等。文献中已有针对单个再生器的反应模拟，这里并未重复研究；4)针对实验室尺寸及工业尺寸的全回路系统进行了流动模拟，通过考察各种参数及反复实验，目前模拟结果与实验仍有差距，还需进一步发展理论模型才能实现真正意义的全回路模拟；5)已实现单个自由回路系统的流动模拟，预期可实现单个自由回路的反应模拟。本研究的开展，有助于深入理解石油催化裂化全回路系统中的流动与反应、反应与再生等多组协调关系，为反应器诊断以及优化设计提供可靠参数，最终为实现虚拟过程工程和指导实际工业操作奠定基础。