[发明专利]MIHA纯气动操作条件下氢气传输调控模型建模方法

摘要

本发明涉及MIHA纯气动操作条件下氢气传输调控模型建模方法，考虑了两种输氢机制对氢气传输量的影响，建立的模型综合反映了反应器结构、体系物性、操作参数等对氢气传输的影响，可用于预测氢气传输量随反应器设计参数的变化，有利于MIHA反应器的设计和放大。

主权项

1.一种MIHA纯气动操作条件下氢气传输调控模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分析MIHA纯气动操作条件下渣油加氢反应体系中氢气传输的影响参数；假定在渣油加氢反应体系中，渣油的主要成分为含硫沥青质，其反应速率和转化率由体系液相中氢分子总传输量N_T决定；基于压力传输和界面传输两种机制确定氢气在反应器内的质量传递；N_T＝N_a+N_p      (1)其中N_a为界面传输量，mol；N_p为压力传输量，mol；(2)获取基于界面传输的氢气质量传递；假定体系中氢气气泡大小均一，且通过相界面的传输速率相同，那么，通过气液相界面所传输的氢分子总量N_a由体系中稳定存在的气泡总数量n₀、及渣油在反应器内的平均停留时间t_e所决定，如方程(2)所示：通过对渣油在反应器内的运动过程分析，渣油平均停留时间t_e表示为：其中，V_L为渣油液相主体体积，m³；Q_L为新鲜渣油流量，m³/s；V_L由氢气‑渣油两相相对运动决定，通过对气液两相运动的分析后得：H₀为反应器高度，m；S₀为反应器横截面积，m²；v₃₂为气泡上升速度，m/s；将式(4)代入式(3)得：体系中稳定存在的气泡总数量n₀由气体体积守恒及气泡运动分析得到，即：其中Q_G为氢气流量，m³/s；d₃₂为气泡Sauter平均直径，m；相界面的传输速率基于菲克定律获取，即：其中J_z＝0指气泡液膜内侧边界处氢气传质通量，mol/m²；D_L为氢气在渣油中的液相扩散系数，m²/s；C_H^*为气液界面处氢气饱和浓度，mol/m³；其中P_m为操作压力，Pa；H_A为亨利系数，Pa.m³/mol；将方程(5)～(8)代入方程(2)后得：(3)获取基于压力传输的氢气质量传递；压力输氢量N_P及其极限值均由Henry定律决定，与渣油液相主体体积V_L、操作压力P_m及渣油平均停留时间t_e有关，假定N_P为极限溶解量，即：N_p＝V_L×C_H^*        (10)当渣油的摩尔质量为M₁ kg/mol时，C_H^*与渣油中氢气的摩尔分数x有如下关系：其中，ρ_L为渣油密度，kg/m³；由方程(4)、(9)、(11)得：(4)获取氢分子总传输量；由方程(1)(9)(12)得：