Shell气流床渣油气化技术因其能耗低、渣油适应性广、有效气产量高等特点在石油化工领域应用广泛。但目前也存在气体组分浓度测量滞后、测温热电偶寿命短等问题,导致实际工业生产中无法及时准确获取炉内合成气组分浓度、温度信息,难以实现气化炉安全、稳定及优化运行。为此本文通过分析气化炉内流体下行流动的特性,结合气化过程反应机理,建立了Shell渣油气化炉的动态数学模型。主要研究工作如下:首先,根据气化炉内的反应过程将气化炉分为热解区和气化区,依据炉内流体流动近似于平推流,喷嘴附近有强烈返混的特点,选用反应器组合模型对其建模,使用单个全混流与平推流串联组合的反应器模型,并与传统的全混流串联反应器模型结构进行对比。利用反应器流动模型进行气固相间质量、能量和动量衡算,考虑化学反应的动力学方程,建立气化炉的动态数学模型。而平推流反应器的偏微分方程组经正交配置方法离散化后,化为常微分方程组进行求解。然后,采集工业操作数据作为模型输入变量,以工业运行数据为参照比较两组反应器模型计算结果和计算负荷以确定模型的适用性,并以模型计算结果预测气化炉合成气组分浓度与温度分布特性。进而,在较优模型的基础上考察进料氧油比、蒸汽油比对气化炉出口合成气组分、温度的影响,为实际工业过程的优化提供参考数据。最后,简要分析了渣油气化过程中微量组分NH3、N2、HCN、HCOOH、COS、H2S的生成过程,预测了气化炉出口合成气中微量组分的分布特性。