我国柴油质量落后于发达国家,其主要原因是：炼油装置结构的不合理,即催化裂化装置发展有余,而相比之下,加氢能力显得不足。为尽快缩短我国与发达国家柴油质量的差距,中石化长岭石化公司针对柴油液相加氢的缺陷,运用反应工程学的原理,提出了催化柴油管式液相加氢的新技术,该新技术的主要创新点在于：1)以多点补氢替代大量循环氢(油)。2)以管式反应器取代常规的釜式反应器。3)在反应器前加一陶瓷膜混氢器,以促使气液更好的预混合。本研究的目的即是从反应工程的角度,为该新技术的可行性提供理论支撑。本论文的主要研究内容如下：1.在中石化长岭石化公司研究院的大力支持和合作下,搭建了实验装置,确定实验原料、催化剂和进行初步实验研究的反应条件范围等。接着,即开展了不同工艺条件(反应温度、压力、空速、混氢量)的实验研究,并对实验的结果,各工艺条件的影响等进行了分析讨论,结果表明,所得结果符合规律。实验结果的正确性不仅证实了所建实验装置的可靠性,而且也为以后的动力学等实验条件的确定,提供了依据。2.基于液相加氢的特点是：柴油与溶解于油相中的氢反应,为此,必须对氢气在柴油中的溶解度进行研究。通过文献调查,本文采用饱和法测定了氢气在多种柴油(催化柴油、直馏柴油、焦化柴油)中的平衡溶解度,并对不同条件(温度、压力、烃族组成等)对平衡溶解度的影响进行了分析讨论。最后还运用文献P-N-A法,建立了以柴油烃族组成为基础的氢气在柴油中溶解度的关联计算方程。通过建立方程、求取参数,并对不同烃族组成的柴油和在不同温度、压力条件下进行了验证,结果表明：计算值与实验值的相对偏差均在5.0%以内。说明所建方程可靠,能满足柴油液相加氢需要。于是,可通过该关联方程预测计算不同烃族组成柴油在任意加氢温度压力条件下的平衡溶解度。3.本实验的管式反应器,无论是催化剂床层的高径比(17)和催化剂床层高度480mm与装填的RS-2000催化剂的当量直径(1.6mm)之比等,均可视为平推流,但基于采用混氢器和管式反应器都是本论文研究对象催化柴油管式液相加氢新技术的主要创新点,为此,本论文对加混氢器后的管式反应器的流动情况还是再次进行了研究和认定。由于实验条件的限制,无法进行冷模试验,本文采用试差法,即对于同样的原料油,在相同的反应条件下,分别进行加混氢器的反应器反应和不加混氢器的反应器反应,并将反应结果都用平推流模型来拟合,结果表明：加混氢器的反应器反应结果符合平推流模型,而不加混氢器的反应器反应结果与平推流模型计算结果偏离很大,经分析研究后认为是预混合对反应结果的影响,由此说明,对本研究对象为促使氢气与柴油快速达到微纳米级的良好混合,设置陶瓷膜混氢器预混合是十分必要的。4.在大量文献调查的基础上,确定采用集总的方法,按其动力学特征相似的原则,根据实际分析条件和对产品的需要、原料柴油组成特点等,将反应物划分为硫(S)、氮(N)、三环芳烃(PA)、双环芳烃(DA)、单环芳烃(MA)和氢(H)六个集总。并根据反应机理建立了幂函数型的催化柴油管式液相加氢6集总反应动力学模型,通过对求取的模型参数的分析讨论和模型的初步验证,结果表明：模型拟合性能良好,可用于进一步的预测计算和模拟计算等。5.运用所建的催化柴油管式液相加氢反应过程模型,进行两种状况的预测计算：1)不同反应温度、液时空速条件等对催化柴油加氢精制过程中加氢脱硫、脱氮及芳烃饱和反应的影响的预测计算,通过对计算结果的分析,对工艺条件对催化柴油管式液相加氢反应的影响规律有了进一步的定量的认识,也为今后工艺条件的优化指出了方向。2)结合管式液相加氢的创新点,对多点补氢过程进行了模拟计算。对两种设定的补氢方案4个状态的计算结果表明：补氢点和补氢量的增加均有利于加氢反应的进行；但若初始混氢量不变,补氢点的增加不如补氢量增加的效果明显；增大反应前期的补氢量,有利于加氢反应和氢气利用率的提高；等等。以后可运用模型进行更深入的补氢点位置,数量；各点的补氢量等等的一系列计算,为多点补氢的优化提供依据。6.计算流体力学(CFD)方法已被广泛应用于化工反应器中的温度分布、浓度分布的模拟计算等。本论文对催化柴油管式液相加氢反应器进行了CFD的数值模拟计算,以为该新工艺的开发和设计提供更为全面可靠和形象的指导；同时也为CFD的应用开辟一新途径。通过CFD数值模拟计算结果得到清晰可靠的图像,不仅显示了反应床层轴向和径向的温度分布、反应物的浓度分布,而且在不同反应条件下各反应物的变化规律也从中一目了然。从温度分布可见,反应器存在一热点温度,而且随着反应条件的变化热点温度在反应床层高度的25-30%之间变化,而在大多数情况下,热点温度处的耗氢量已超过50%。可见此处应为补氢的最佳点。以上研究不仅为催化柴油管式液相加氢反应新工艺的可行性及三个创新点的现实性提供了理论支撑,具有重要指导意义,而且本文研究内容和结果对于其它新工艺的开发研究具有重要学术意义和参考价值。