石孝刚
- 作品数：10 被引量：31H指数：3
- 供职机构：中国石油大学（北京）化学工程学院重质油国家重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国石油大学(北京)科研基金更多>>
- 相关领域：化学工程自动化与计算机技术石油与天然气工程更多>>
- 乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟被引量：1
- 2019年
- 对浆态床反应器中乙炔加氢制乙烯过程进行了模拟研究,采用TFM-PBM耦合方法描述浆态床内气相与浆态相的流动,并耦合乙炔加氢反应动力学建立流动-反应综合模型。通过小试实验对该模型进行验证,并将验证后的模型应用于浆态床中试装置中内构件作用机制与操作条件影响的模拟分析。结果表明,在浆态床反应器放大时,可通过设置竖管内构件,以破碎气泡,抑制气相径向运动,使乙炔加氢过程均匀、充分地进行。乙炔加氢制乙烯过程与气相停留时间和反应温度密切相关,在反应器放大中需严格控制温度,并可通过改变反应器内液位高度实现对气相停留时间的调控,从而可在保证乙炔充分转化的同时获得更高的乙烯选择性。
- 苏武石孝刚吴迎亚高金森蓝兴英
- 关键词：浆态床乙炔加氢多相流多相反应器
- 开孔形式对盘环形挡板汽提器特性影响的模拟分析
- 2021年
- 采用CFD方法对安置盘环挡板的汽提器进行了模拟计算,对比了盘环挡板上有无开孔情况下的颗粒流动分布。结果表明,在盘环挡板上进行开孔可有效减少“气垫”区域,使气体与颗粒更顺利地穿透挡板进行高效接触。此外,通过对比不同开孔形式下的催化剂颗粒流动与气泡分布特性,可以发现均匀开孔时,随着开孔尺寸的增加,气相流动阻力下降,可以携带颗粒更加均匀地穿过盘环挡板,使得挡板以下的“气垫”区域减小,颗粒在汽提器内分布更加均匀,有利于汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触。但是,随着开孔尺寸增加,汽提器内气泡的平均尺寸有所增加,气泡数量减小,气泡所占的总体积及气泡所能提供的相界面积有所减少。对比均匀开孔与非均匀开孔的颗粒流动与气泡特性,结果表明,在盘形挡板顶部附近开孔12mm,其他区域均匀开孔9mm的非均匀开孔形式在确保催化剂颗粒流动的均匀性分布、汽提蒸汽与催化剂颗粒之间的接触效果的同时,容易产生更小的气泡,可以提供更高的气固相界面积,更加有利于汽提器性能的改善,因此是比较优选的开孔方式。本文关于挡板开孔形式影响的模拟分析对设计高性能的汽提器内构件具有重要意义。
- 石孝刚姜源张梦轩蓝兴英高金森张永民
- 关键词：汽提器开孔气泡计算流体力学
- 催化裂化两段式环流汽提器结构模拟及优化被引量：2
- 2014年
- 采用CFD(计算流体力学)模拟方法及催化裂化汽提流动传质模型,以两段环流式汽提器为模拟对象并选取催化剂颗粒在环流汽提器中内、外环表观气速分别为0.175,0.043 m/s的工况下,对汽提器内的气固流动和汽提过程进行了模拟分析,得到了环流汽提器内气体和催化剂详细流动状况。在此基础上,采用模拟方法进一步对两段环流汽提器的高径比、环流挡板间距和内外径比等关键结构参数进行优化研究,通过分析不同结构参数对环流汽提器操作状况的影响规律及汽提效率,得到最优结构参数,即汽提器高径比为2.78,环流挡板间距为0.125 m,内外径比为0.667。与原汽提器结构参数进行对比,优化后汽提器的汽提效率可达到97.17%,比原汽提效率提高了1百分点。
- 徐涛石孝刚蓝兴英高金森
- 关键词：催化裂化结构优化CFD模拟
- 表面活性物质影响下单个自由上升微气泡传质过程的直接数值模拟被引量：4
- 2021年
- 2017年,国际标准化组织将直径介于1~100μm之间的气泡定义为微气泡,本研究参照上述定义,针对微气泡容易受到表面活性物质影响的特点,通过直接数值模拟对不同尺寸单个自由上升微气泡在表面活性物质影响下的传质速率进行研究。通过与模拟结果对比发现,微气泡的运动速度及传质速率均可用Clift等总结的爬流范围内的理论进行较为准确的预测。表面活性物质在微气泡表面的吸附会降低气泡的液相传质系数,但对于受表面活性物质影响程度较大的微气泡,其液相传质系数随气泡尺寸减小呈持续增加趋势,而与洁净微气泡先减小后增加的趋势有所不同。因此在无法排除表面活性物质影响的应用场合,进一步缩小微气泡的初始尺寸,不仅可以增加气相的比表面积,微气泡的液相传质系数也会进一步增加,其传质能力将得到进一步加强。
- 李成祥崔怡洲石孝刚高金森蓝兴英
- 关键词：微气泡直接数值模拟传质分析表面活性物质
- 气固循环流化床全回路数值模拟研究进展被引量：8
- 2019年
- 气固循环流化床具有良好的混合、传热、传质、反应特性,同时还具有处理量大、可连续生产等优点,在众多领域均有广泛应用。气固循环流化床是一个由多个单元连接组合形成的循环回路,各单元间相互耦合、相互影响。对整个循环流化床系统进行全回路数值模拟,不仅能够获得更全面和详实的结果,而且在揭示系统流动规律和探究各单元内、单元间、单元与系统间的相互作用上具有独特优势。近十年来,以气固循环流化床全系统为模拟对象的全回路数值模拟研究逐渐兴起。本文对气固循环流化床全回路数值模拟方法的研究进展进行综述,对该方法的应用情况进行详细介绍,并对方法中采用的模型及相应特点进行逐一分析。循环流化床全回路系统同时存在多种流态,有待于建立适用于全回路系统的多流态物理模型(气固曳力模型与固相应力模型)。随着计算能力的提高以及物理建模的不断发展,全回路模拟方法将不断完善并发挥出更大的作用。
- 王敏吴迎亚石孝刚蓝兴英高金森
- 关键词：气固循环流化床数值模拟两相流
- 烧焦罐再生器的数值模拟
- 2023年
- 流化催化裂化装置是炼油厂中重质油轻质化的重要工艺装置,其中再生器对催化剂烧焦再生、维持反应-再生系统热量平衡、压力平衡都具有重要作用。近年来随着原油逐渐重质化、掺渣比逐渐增大等因素,再生器内由于烧焦不完全产生的CO从密相床层溢出至稀相导致尾燃的问题频繁发生,严重限制了装置的掺渣能力。采用MP-PIC(Multiphase Particle-in-cell)方法对烧焦罐再生器进行深入探究,考察待生剂焦炭含量、操作压力、主风流量、入口氧气含量以及催化剂循环比等对于烧焦反应规律及尾燃趋势的影响。研究结果表明:稀相尾燃的发生主要是因为烧焦罐内烧焦速率低、气相停留时间短。当装置掺渣比增加时,待生剂焦炭含量增加,再生器烧焦负荷增大,虽然高温加速了CO氧化,但再生剂焦炭含量升高;高压有利于降低表观气速,延长气相停留时间,有利于降低尾燃风险;增加主风流量虽然可以提高再生器内平均O_(2)含量,但缩短了气相停留时间,CO燃烧不充分,尾燃风险增加;富氧再生可以明显提高烧焦罐内反应速率并改善整体温度分布,有利于降低尾燃风险,最佳入口O_(2)体积分数为26%;当催化剂循环比大于1.0时,循环剂向待生剂一侧偏流,有利于提高再生器底部起燃温度,改善整体温度分布,从而降低尾燃风险,最佳的催化剂循环比为1.5~2.0之间。
- 赵云鹏石孝刚王成秀高金森蓝兴英
- 关键词：催化裂化烧焦罐
- 提升管反应器介尺度结构影响规律的数值模拟研究被引量：1
- 2022年
- 提升管反应器存在典型的颗粒聚团介尺度结构,其分布特性对气固流动、反应有重要影响,对介尺度结构影响规律进行分析有助于为反应器的设计与优化操作提供基础信息。采用基于能量最小多尺度(EMMS)方法的曳力模型建立了提升管气固两相流动模型,考虑了颗粒聚团对气固相间动量传递的影响。此外,进一步通过考虑颗粒聚团的存在以及颗粒聚团的非均匀性对化学反应的影响,提出了描述介尺度结构对反应速率影响的修正因子,与气固流动模型进行耦合,建立了基于介尺度结构的流动-反应综合数学模型,并进行了模型验证。进一步应用该模型,对工业催化裂化提升管反应器的流动-反应特性进行了模拟分析。结果表明,该模型可以合理描述提升管气固相互作用,能够预测出壁面附近存在较多介尺度结构的分布特性,由于聚团的存在使得重油组分难以与催化剂充分接触,生成汽柴油的反应速率较低,转化较慢,聚团的分布特性导致靠近边壁处的重油组分浓度较高,汽柴油组分浓度较低;汽柴油在聚团内部的流动阻力较大,在聚团内发生过量的二次反应生成较多焦炭,导致壁面处焦炭浓度较高。与传统基于平均化而未考虑聚团影响的模型相比,基于介尺度结构的模型所预测的汽油收率最佳值与工业实际相接近。因此,基于介尺度结构的流动-反应综合数学模型可以合理描述提升管内进行的流动-反应耦合特性,并能揭示介尺度结构对催化裂化反应过程的影响,有望为工业提升管装置反应终止剂技术的开发提供重要的基础信息。
- 石孝刚王成秀高金森蓝兴英
- 关键词：提升管流化催化裂化数值模拟
- 挡板鼓泡床内气泡特性的CFD模拟分析被引量：3
- 2020年
- 采用计算流体力学(CFD)方法对挡板鼓泡床内气-固流动进行模拟计算,基于模拟结果建立了识别和分析气泡特性的方法,分析有、无挡板的鼓泡床中气泡运动特性的差异,揭示挡板对鼓泡床内气泡的作用机制。研究结果表明,挡板的存在可以强化气泡破碎作用,大气泡经过挡板时,破碎成多个小气泡。挡板只在一定区域内对气泡存在作用,如需在整个床层内调控气泡行为,需设置多层挡板。在挡板的作用区域内,气泡平均尺寸明显减小、气泡数量增多。在较低气速下,挡板对鼓泡床内气泡的影响较小;随着气速的提高,挡板对气泡的作用逐渐加强,气-固接触更加均匀。
- 石孝刚赵国静吴迎亚王溢萍高金森蓝兴英
- 关键词：流化床挡板
- 不同结构催化裂化沉降器模拟分析
- 2023年
- 随着催化裂化装置掺渣比的提高,沉降器内的结焦现象随之加剧,严重影响了装置的长周期稳定运转。采用计算流体力学(CFD)模拟方法,以旋风分离器敞口式加挡板(装置Ⅰ)和旋风分离器软连接加溢流斗(装置Ⅱ)2种典型沉降器为研究对象,建立了全尺寸的CFD模型,以实际生产过程中的集散控制系统(DCS)数据检验了模型的准确性。通过分析沉降器空间内的流场及温度场分布,以及油气在沉降器内的运动轨迹和停留时间分布,对不同结构沉降器的结焦趋势进行了对比分析。结果表明:相比粗旋敞口结构,软连接能有效降低沉降器穹顶空间的油气浓度;装置Ⅰ的粗旋肩部、粗旋升气管上部挡板和提升管上壁面有较多的催化剂堆积,而装置Ⅱ仅在粗旋肩部有少量的催化剂堆积;同时装置Ⅱ的溢流斗结构可明显降低粗旋底部的泄气率,减少油气平均停留时间,降低了结焦风险。
- 吕明珠王栋赵云鹏张梦轩石孝刚高金森蓝兴英刘昱李传坤
- 关键词：沉降器旋风分离器结焦
- 化工过程的智能混合建模方法及应用被引量：12
- 2021年
- 随着人工智能技术和配套数据系统的快速发展,化工过程建模技术达到了新的高度,将多个机理模型和数据驱动模型以合理的结构加以组合的智能混合建模方法,可以综合利用化工过程的第一性原理及过程数据,结合人工智能算法以串联、并联或者混联的形式解决化工过程中的模拟、监测、优化和预测等问题,建模目的明确,过程灵活,形成的混合模型有着更好的整体性能,是近年来过程建模技术的重要发展趋势。本文围绕近年来针对化工过程的智能混合建模工作进行了总结,包括应用的机器学习算法、混合结构设计、结构选择等关键问题,重点论述了混合模型在不同任务场景下的应用。指出混合建模的关键在于问题和模型结构的匹配,而提高机理子模型性能,获取高质量宽范围的数据,深化对过程机理的理解,形成更有效率的混合建模范式,这些都是现阶段提高混合建模性能的研究方向。
- 张梦轩刘洪辰王敏蓝兴英石孝刚高金森
- 关键词：人工智能神经网络
