催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟_杨连

重油催化裂化反应-再生系统工艺设计

毕业设计题目重油催化裂化反应-再生系统工艺设计系（部）化学工程系专业石油化工生产技术指导教师学生时间2013/5/19 目录

前言第一节设计原则第二节装置状况第三节工艺流程概述 3.1反应部分工艺流程 3.2再生部分工艺流程第四节设计基础数据 4.1原料油物性 4.2催化剂的物化性质 4.3助剂及相关功用第五节反应再生系统工艺计算 5.1再生器物料平衡计算 5.2再生器热平衡 5.3反应器的热平衡和物料平衡 5.4再生器主要附件 5.5提升管主要附件 5.6两器压力平衡（反应器和再生器） 5.7主要设备计算结果汇总第六节主要设备选择第七节反应部分工艺技术方案及特点第八节再生部分工艺技术方案及特点

第九节能耗分析和节能措施第十节环境保护及职业安全卫生 10.1污染源及治理措施 10.2安全措施总结……… 参考文献…….

前言催化裂化是一项重要的炼油工艺。其技术复杂程度位居各类炼油工艺首位，但因其投资省，效益好，因而在炼油工业中占有举足轻重的地位。催化裂化过程是原料在催化剂存在时，在470~530度和0.1~0.3mpa的条件下，发生裂解等一系列的化学反应，转化为气体，汽油，柴油等轻质产品和焦炭的工艺过程。其原料一般是重质馏分油，如减压馏分油和焦化馏分油等，随着催化裂化技术和催化剂的不断发展，进一步扩大原料来源，部分或全部渣油也可以作为催化裂化的原料。近年来，我国汽车工业飞速发展，2003年全国生产汽车444万辆，截止2003底.全国汽车保有量达到2420辆。专家预测2020年汽车保有量将超过1亿辆（此外还有1亿辆摩托车）。在调整车型结构提高燃油经济性的前提下，汽油需求量超过7400万吨、柴油需求量将超过1亿吨。我过约80%的商品汽油和30%的商品柴油来自催化裂化，使催化裂化成为我国应输燃料最重要的生产装置。从以上两个方面可见，催化裂化在实际生产中有很重要的意义，研究其工艺很有价值。在原油价格居高不下，炼化企业的效益日益恶化的背景下，使用劣质原料来获得优质质，是炼厂的必然选择。因此，要不断开发催化裂化新技术、新工艺，以增加产品收率、提高产品质量，这也是炼化企业在21世纪可持续发展的重大战略措施。第一节设计原则 1 工程设计采用国内开发的先进可靠的工艺技术，成熟可靠的新设备、新材料等，以达到装置技术先进，经济合理。 2 除少量关键仪表及特殊设备需引进外，其它设备及仪表立足国内。 3 尽量采用“清洁工艺”减少环境污染。严格遵循环保、安全、卫生有关法规，确保装置的安全生产。 4 充分吸收国内生产装置长期实践积累的有利于长周期运转，降低能耗以及简化操作等方面的经验，确保装置投产后高水平，安、稳、长、满、优生产。第二节装置概况 1采用集散型控制系统（DCS），提高自动控制水平。 2采用HSE（health, safety, environment）管理体系，以便减少可能引起的人员伤害、财产损失和环境污染。 3 原料油设计采用的原料油为胜利减压流出油。

质子交换膜燃料电池气体扩散层憎水性衰减机理研究

质子交换膜燃料电池气体扩散层憎水性衰减机理研究于书淳，李晓锦*，李进，邵志刚，衣宝廉（中国科学院大连化学物理研究所，大连，辽宁，116023,Email:xjli@dicp.ac）作为质子交换膜燃料电池的重要组件之一，典型的双层气体扩散层由基底层和微孔层构成。其中，基底层通常由憎水处理过的碳纸构成，微孔层通常由碳粉和憎水剂构成。具有良好化学稳定性的聚四氟乙烯（PTFE）是气体扩散层中最常用的憎水剂。在燃料电池中，气体扩散层必须具有合适的憎水性能以实现良好的导气和排水功能[1]。然而，电池在长时间运行后，尤其是在较为苛刻的工作环境下（频繁的启动/停车、动态工况等），气体扩散层的憎水性会逐步变得下降[2]。陈等人采用恒电位氧化法对气体扩散层进行耐久性研究，发现氧化后微孔层表面的接触角显著下降[3]。Lee等人在研究气体扩散层耐久性的实验中也观察到同样的现象[4]。但是，文献中并没有对憎水性下降的原因进行深入的研究。鉴于气体扩散层憎水性的下降会引起电极水淹并最终降低电池性能，有必要对憎水性下降的原因进行深入的研究，但是目前有关这方面的报道很少[5]。因此，我们的主要工作是在模拟的电池环境下考察气体扩散层憎水性下降的原因。实验分为恒电位氧化及酸浸泡两部分。恒电位氧化实验是以N2饱和的0.5M H2SO4为电解液，采用相对于饱和甘汞电极为1.25V的恒电位对气体扩散层进行氧化处理，酸浸泡实验是将气体扩散层浸泡在70℃、air饱和的1M H2SO4溶液中1200h.通过扫描电镜、红外光谱、X射线光电子显微镜、热重仪等手段对氧化前后的扩散层的特性进行分析。恒电位氧化实验结果发现，无论是对基底层还是整平层，氧化之后表面的形貌发生了改变；此外，碳的氧化不但导致亲水性氧化物的生成而且导致了碳材料及PTFE的流失。这也正是恒电位氧化条件下气体扩散层憎水性下降的原因。在酸浸泡实验条件下观察到同样的现象。图1XPS全谱（a）氧化前整平层（b）氧化后整平层（c）氧化前基底层（d）氧化后基底层

100万吨催化裂化装置反应-再生系统工艺设计

兰州理工大学毕业设计设计题目：100万吨催化裂化装置反应-再生系统工艺设计院系：石油化工学院专业班级：化学工程与工艺学生姓名：王晶指导教师：赵秋萍 2010年1 月14 日

毕业设计任务书一、设计题目： 100万吨催化裂化装置反应-再生系统工艺设计二、设计内容以某炼油厂的直馏馏分油为原料，建一个年产100万吨的催化裂化装置。主要生产稳定汽油、轻柴油。年开工按330天计算。三、基本数据 1、处理量：100万吨/年 2、开工时：8000 小时/年 3、原始数据及再生-反应及分馏操作条件原料油及产品性质分别见表1、表2 产品的收率及性质见表3 再生器操作及反应条件见表4、提升管反应器操作条件表5 催化裂化分馏塔回流取热分配见表6 分馏塔板形式及层数见表7 分馏塔操作条件表见8 表1 原料油及产品性质物料，性质稳定汽油轻柴油回炼油回炼油浆原料油密度0.7423 0.8707 0.8800 0.9985 0.8995 恩氏蒸馏℃初馏点54 199 288 224 10% 78 221 347 380 377 30% 106 257 360 425 438 50% 123 268 399 450 510 70% 137 300 431 470 550 90% 163 324 440 490 700 终馏点183 339 465 平均相对分子量表2 原料油的主要性质项目数据项目数据密度0.8995 族组成分析/W% 馏程℃饱和烃62.27 初馏点224 芳烃25 10% 377 胶质11.88 30% 438 沥青质0.85 350℃馏出率/v% 7.5 重金属含量/μg×g-1 500℃馏出率/v% 49 Ni 5.99 元素组成/w% V 4.77

重油催化裂化基础知识

重油催化裂化基础知识广州石化总厂炼油厂重油催化裂化车间编一九八八年十二月

第一章概述第一节催化裂化在炼油工业生产中的作用催化裂化是炼油工业中使重质原料变成有价值产品的重要加工方法之一。它不仅能将廉价的重质原料变成高价、优质、市场需要的产品，而且现代化的催化裂化装置具有结构简单，原料广泛（从瓦斯油到常压重油），运转周期长、操作灵活（可按多产汽油、多产柴油，多产气体等多种生产方法操作），催化剂多种多样，（可按原料性质和产品需要选择合适的催化剂），操作简便和操作费用低等优点，因此，它在炼油工业中得到广泛的应用。第二节催化裂化生产发展概况早在1936年美国纽约美孚真空油公司（、）正式建立了工业规模的固定床催化裂化装置。由于所产汽油的产率与辛烷值均比热裂化高得多，因而一开始就受到人们的重视，并促进了汽车工业发展。如图所示，片状催化剂放在反应器内不动，反应和再生过程交替地在同一设备中进行、属于间歇式操作，为了使整个装置能连续生产，就需要用几个反应器轮流地进行反应和再生，而且再生时放出大量热量还要有复杂的取热设施。由于固定床催化裂化的设备结构复杂，钢材用量多、生产连续性差、产品收率与性质不稳定，后为移动床和流化床催化裂化所代替。第一套移动床催化裂化装置和第一套流化床催化裂化（简称装置都是1942年在美国投产的。

固定床反应器移动床催化裂化的优点是使反应连续化。它们的反应和再生过程分别在不同的两个设备中进行，催化裂化在反应器和再生器之间循环流动，实现了生产连续化。它使用直径约为3毫米的小球型催化剂。起初是用机械提升的方法在两器间运送催化剂，后来改为空气提升，生产能力较固定床大为提高、空气

国内引进催化裂化再生烟气脱硫装置存在问题及对策_刘发强

国内引进催化裂化再生烟气脱硫装置存在问题及对策刘发强　齐国庆　刘光利 (中国石油化工研究院兰州化工研究中心　兰州730060) 摘　要　对国内引进杜邦Belco公司E DV湿法洗涤脱硫系统治理催化裂化再生烟气运行过程进行分析, 指出EDV湿法洗涤脱硫系统存在的问题;并结合中国石油化工研究院开发的10000m3/h催化裂化烟气脱硫、脱硝、除尘一体化技术提出了解决措施,以满足《石油炼制企业污染物排放标准》中催化裂化催化剂再生烟气排放限值。关键词　催化裂化　烟气　脱硫　脱硝　除尘 Problems Existed and Solutions of FCC R egeneration F lue Gas D esulfurization Equipm ent Introduced LIU Faqiang　QI Guoqing　LIU Guangli (Lanzhou Petrochemical Research Center,CNPC Chemical Engineering Research Institute　Lan zhou730060) Abstract　This paper anal yzes the operation procedures of EDV wet desulphurization s ystem introduced from Belco Corp. for the treatment of FCC regeneration flue gas,and points out problems existed in this system.Also s olutions which combines technologies of10000m3/h FCC flue gas desulfurization and denitrification and dust removal developed by China Petro- chemical Research Institute are put forward to meet the emission limits of FCC regeneration flue gas in《E mission Standard for Pollutants from Petroleum Refinin g Enterprises》. Key Words　fluidized catal ytic crack(FCC)　flue gas　des u1furization　denitrification　dust removal 0　引言催化裂化再生器(FCC)烟气含有大量的SO X、NO X、颗粒物等,已经成为重要的大气污染源。据估计[1],炼油厂排放的SO X约占其总排放量的6%～7%,而催化裂化所排放的SO X就占5%左右。近年来,随着加工高硫原油的比重不断增加,SO X的排放浓度有不断提高的趋势,使得FC C装置出口再生烟气的脱硫除尘显得更为紧迫;美国FCC装置的烟气排放标准为,每燃烧1000kg的焦炭允许排放25g SO2和1kg颗粒[2];欧洲的烟气排放标准为新建FC C装置烟气SO X为20～150mg/m3,NO X小于50 mg/m3,颗粒含量10～30mg/m3;国内《石油炼制企业污染物排放标准》中规定催化裂化催化剂再生烟气排放限值[3],现有FCC装置和新建FCC装置在2014年7月1日前SO X、NO X、烟尘分别达到400mg/ m3、200mg/m3、50mg/m3。国家环保部要求“十二五”期间所有的催化裂化再生器烟气进行脱硫处理,中国石油天然气集团公司要求“十二五”末SO X、NO X 总量下降10%,FCC装置SO X、NO X、颗粒物的排放受到前所未有的关注,但目前国内没有成熟FCC再生烟气的工业化治理技术。 1　引进装置存在主要问题国外成熟FCC再生烟气处理技术均为湿式洗涤工艺,主要有ExxonMobil公司催化烟气湿法洗涤技术(W GS)[4]、杜邦-Belco公司EDV湿法洗涤技术[5]、孟莫克有限公司(DynaWave)动力波逆喷洗涤技术[6]。以上湿法洗涤脱硫系统基本上都以苛性钠或苏打为吸收剂,吸收产物氧化为Na2SO4随废水排放,SO X去除率均在99%以上,其中WGS、EDV技术增加模块后可完成脱硝功能。国内中石油、中石化引进的FCC烟气脱硫装置均采用杜邦B elc o公司EDV湿法洗涤脱硫系统,引进的EDV湿法洗涤系统运行过程中存在一些问题。 (1)阻力降高。EDV湿法洗涤脱硫系统采用滤清元件(Filtering Modules)清洗微细催化剂粉尘,滤清元件从进口到出口管径逐渐变大,气体进入滤清元件时气流逐渐加快,饱和的气体开始加速并做热膨胀,迫使水气以细微粉尘为核心凝结,实现对细微催化剂粉尘的脱除;滤清元件中净化的烟气进入到一对平行的水珠分离器管中做液/气分离,水珠分离器采用旋转式分离器,分离器内有一个静态旋转叶片将气体旋转排出,以上设计造成EDV湿法洗涤脱硫系统运行阻力高。如要将催化裂化烟气全部并入处理EDV湿法洗涤脱硫系统,烟气脱硫装置的入口 · 25 · 2012年第38卷第6期 June2012 工业安全与环保　 Industrial Safety and Environmental Protection

气体扩散层文档

一个基于碳纸和碳布的气体扩散层对质子交换膜燃料电池性能的影响 Sehkyu Park ?, Branko N. Popov电化学工程中心，化学工程系，南卡罗来纳大学，哥伦比亚，SC29208，USA 关键字：质子交换膜燃料电池；气体扩散层；复写纸；碳布；微孔层。摘要：一个市售的基于碳纸和碳布的气体扩散层就如一个可以通过各种物理和电化学测量方法的大孔基板；压汞法，表面形态分析法，接触角测量法，水渗透测量法，偏振技术，和交流阻抗谱。和基于碳布的ELAT-LT-1400W相比，基于碳纸的SGL 10BB的双孔径分布和高水流动阻力是因为大孔基板不太透水，多疏水性和紧密的微孔层。当空气作为氧化剂时，用SGL10BB制作的膜-电极-组件表现出一种优越的燃料电池性能。交流阻抗响应表明一个具有大量的微孔和疏水性的微孔层更容易允许氧朝催化剂层扩散因为可以有效的除去水在催化剂层的气体流路。 1.序言在质子交换膜燃料电池中，气体扩散层被嵌入催化剂层和气体流路之间。气体扩散层的主要功能：1，气体扩散；2，一个电流收集器；3，一个物理支持，从而确定催化剂的利用率和整体性能。它也允许水蒸气到膜和液态水从催化剂层出来。一个气体扩散层防湿透过可防止水倒流和提高反应物到催化活性位点。一个气体扩散层包括一个大孔基板和一个有炭黑的微孔层。编制碳布或非编制碳纸由于其较高的透气性和电子导电性被广泛的运做大孔基板。一个微孔层可以减少催化剂层和大孔基板之间的欧姆电阻，在催化沉寂中提供非渗透性支持和管理液态水流动。一个单层气体扩散层（如：碳纸和碳布）在燃料电池性能上的效果已经被几个研究人员研究，他们表明碳布可导致更高的性能主要由于较高的孔隙率和较低的水饱和度。此外，丰富的工作已经在进行研究这种微孔层的性能如何能像1，碳粉类型；2，碳载量（或微孔层厚度）和3，疏水剂的浓度在质子交换膜燃料电池中控制水的管理。然而，在大量文献中，大孔基板在气体扩散层关于孔隙特征的反应和产物运输中的作用还没有解决。我们在此项工作中的目标就是表征用碳纸或碳布制备的市售气体扩散层的物理属性和研究气体扩散层属性如何影响水的管理和氧气在质子交换膜燃料电池中流动的途径。 2.实验 2.1.气体扩散层的物理特性多孔结构的气体扩散层被用一个压汞仪分析。为了进行分析，一小片的气体扩散层被称重并被加载上一个覆盖着金属箔的玻璃毛细管制成的样品杯，然后，在真空中从气体扩散层出气。之后，自动灌满水银。孔径分布曲线（PSD）从水银进入开始测定即水银的体积与贯穿孔所施加的压力。在所有的毛孔都是圆柱形的假设下，孔直径dp用一个众所周知的毛细管公式从P的值开始算：dp=4γcosθ/p (1)其中，γ和θ分别表示水银的表面张力和与样本中水银的接触角度

渣油催化裂化反应再生系统工艺设计

150万吨/年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计摘要在本设计中，使用大庆常压渣油作为原料，采纳汽油生产方案，进行渣油催化裂化反再系统的工艺设计。催化裂化装置由反应再生系统，分馏系统，汲取稳定系统和能量回收系统组成。本设计要紧针对反应再生系统进行设计计算。由于渣油催化裂化的焦炭产率高，对再生器的烧焦能力要求较高，故本设计选用烧焦罐式再生器以实现高效完全再生。在本设计中，基于设计的原料性质，参考国内同类装置的数据采纳高低并列式再生系统，提升过反应器和烧焦罐高温完全再生系统。反应部分：反应器为原料油和催化剂充分接触提供必要的空间，本设计采纳提升管、汽提段、沉降器同轴布置，以减少生焦，提高轻质油收率。再生部分：再生器的作用是烧焦，烧掉催化剂上的积炭，使催化剂上的活性得以恢复。本设计采纳带有预混合管的高效烧焦罐式再生器，可使催化剂含碳量降到0.1%以下，充分发挥了催化剂的选择性，延长了催化剂的寿命。关键词：催化裂化，提升管，再生器，催化剂 1 / 139

TECHNOLOGCIAL DESIGN FOR REACTION AND REGENERATION SYSTEM OF 150wt/a RFCC Abstract Reaction and regeneration system technology of a 270wt/a RFCC processing DAQING atmospheric residue feedstock has been designed and calculated in this layout. The catalytic cracking unit is made up from reaction and regeneration system fractionation system， absorption and stabilization system and energy recover system. This layout is derected against reaction and regeneration system to compute.A high efficient and complete coke burning regenerator having high burning capacity was adopted because much coke was produced during RFCC process. In the design， Referring to the dates of feed and the same type reactors，I design a high-low parallel FCC reactor-regenerator system-riser reactor and coke container high temperature complete reactor-regenerator system. The 2 / 139

SLAB用户手册模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要

SLAB 用户手册:模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要用户使用手册环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室

手册说明本用户手册基于《USER’S MANUAL FOR SLAB: AN ATMOSPHERIC DISPERSION MODEL FOR DENSER-THAN-AIR RELEASES》(1990.06)编写，仅对美国EPA网站所提供的模拟重气体泄漏的空气扩散模型SLAB的使用方法提供中文版简要说明，更详细的程序使用说明请查阅相关的软件手册及文档，或采用带图形界面版的商业软件。本手册由环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室负责编写，参与人员包括：易爱华、陈陆霞、胡翠娟、梁昊、杨晔、丁峰等。本手册版权所有，转载及印刷请与环境保护部环境工程评估中心联系。本手册所涉及的模型系统及本手册电子版本下载地址：

一、SLAB简介 SLAB是用于模拟重气体泄漏的空气扩散模型。该模型最初基于Zeman于1982年提出的关于重气体云的空气卷吸和重力扩散的理念而开发。SLAB早期相关工作由美国能源署支持。SLAB的进一步开发由USAF工程和服务中心（1986年开始）和美国石油学会（1987开始）共同提供支持。现行的SLAB版本可以模拟连续的、限时的和瞬时的物质泄漏，泄漏源包括以下4种：地面液池蒸发、高于地面的水平射流、烟囱或高于地面的垂直射流，以及瞬时释放。 SLAB除可以用于模拟重气体的扩散，还可以模拟中性浮力气体的烟云扩散，以及烟云轻于空气时的上升过程。泄漏时的空气扩散过程可以通过求解质量、动量、能力和物质的守恒方程来计算，如图1所示。为了简化守恒方程的求解过程，方程可以通过将烟云作为稳态烟羽或瞬时烟团在空间上进行平均。连续排放（持续时间非常长的排放源）可以作为稳态烟羽。有限时间的排放采用稳态烟羽模式描述最初烟云的扩散，而且在该排放源持续泄漏的时间段内，可以一直使用稳态烟羽模式。释放一旦终止，烟团被视为瞬时烟团，之后的扩散采用瞬时烟团模式来计算。对于瞬时泄漏的排放源，整个过程都均使用瞬时烟团扩散模式。二、理论介绍 2.1重气体扩散模型简介重气体泄漏的空气扩散模型受到多种物理现象的影响，这些物理现象在中性或浮力气体泄漏中可能不会发生或者即便发生也不是很重要。这些物理现象包括：重气体烟云的稳定密度分层导致的湍流衰减；由于重力流和初始排放源动量导致的环境速率场的改变；由于液滴形成和挥发以及在过热或低温液体排放情况下的地面加热对烟云温度、浮力和湍流的热力学效应；此外，我们所关注的某种特定的重气体的浓度可能和典型大气污染物关注的累积浓度差别很大。例入，对于易燃气体，关注的是瞬间浓度；而对于有毒气体，关注的则是几分钟到几小时的浓度，以及累积浓度。因此，为了能够更好的预测出重气体泄漏时有毒浓度区的大小和持续时间，所有重要的物力现象都需要进行考虑，而且预测过程中要使用最合理的浓度平均时间。为了满足重气体泄漏情形的要求，SLAB模型以质量、动量、能量和物质守恒方程的平均形式为起点，在该理论框架的基础上进行开发（如图1所示）。这些方程用于计算扩散烟团的空间平均性质，并且以两种方式来代表两种不同的扩散模式：稳态烟羽扩散模式和瞬时烟团扩散模式。

万吨年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计毕业设计

150万吨/年渣油催化裂化反应再生系统工艺设计摘要在本设计中，使用大庆常压渣油作为原料，采用汽油生产方案，进行渣油催化裂化反再系统的工艺设计。催化裂化装置由反应再生系统，分馏系统，吸收稳定系统和能量回收系统组成。本设计主要针对反应再生系统进行设计计算。由于渣油催化裂化的焦炭产率高，对再生器的烧焦能力要求较高，故本设计选用烧焦罐式再生器以实现高效完全再生。在本设计中，基于设计的原料性质，参考国内同类装置的数据采用高低并列式再生系统，提升过反应器和烧焦罐高温完全再生系统。反应部分：反应器为原料油和催化剂充分接触提供必要的空间，本设计采用提升管、汽提段、沉降器同轴布置，以减少生焦，提高轻质油收率。再生部分：再生器的作用是烧焦，烧掉催化剂上的积炭，使催化剂上的活性得以恢复。本设计采用带有预混合管的高效烧焦罐式再生器，可使催化剂含碳量降到0.1%以下，充分发挥了催化剂的选择性，延长了催化剂的寿命。关键词：催化裂化，提升管，再生器，催化剂 3

TECHNOLOGCIAL DESIGN FOR REACTION AND REGENERATION SYSTEM OF 150wt/a RFCC Abstract Reaction and regeneration system technology of a 270wt/a RFCC processing DAQING atmospheric residue feedstock has been designed and calculated in this layout. The catalytic cracking unit is made up from reaction and regeneration system fractionation system，absorption and stabilization system and energy recover system. This layout is derected against reaction and regeneration system to compute.A high efficient and complete coke burning regenerator having high burning capacity was adopted because much coke was produced during RFCC process. In the design，Referring to the dates of feed and the same type reactors，I design a high-low parallel FCC reactor-regenerator system-riser reactor and coke container high temperature complete reactor-regenerator system. The part of reaction: the reactor develops sufficient room for feed oil and catalytic contacting completely. This kind of design is to reduce coke promote recall ratio of light oil. The part of regenerator system: the regenerator can burn up remaining carbon about catalytic to recover activity of CAT. General speaking，my design can 3

国内氢燃料电池气体扩散层GDL研究进展

国内氢燃料电池气体扩散层GDL研究进展实现国家燃料电池技术规模化的生产，就需要解决燃料电池里面核心材料国产化。气体扩散层GDL就是燃料电池电堆里面的一个核心材料，目前还是主要依靠进口来解决气体扩散层这样一个材料问题。气体扩散层总体来说，也是我们燃料电池技术发展里面一个卡脖子技术。国内南方科技大学氢能与燃料电池研究团队在过去两年多的发展里面，优化了燃料电池气体扩散层的结构，开发了气体扩散层的生产工艺，也实现了气体扩散层小批量生产。首先从燃料电池单电池的结构开始，燃料电池电堆是由很多单电池串联组成的。对燃料电池的单电池有一个七层的结构，中间是质子交换膜，质子交换膜的两侧是催化层，催化层的两侧是有两片气体扩散层，再加上双极板就构成了燃料电池单电池这样一个结构。一个燃料电池单电池需要两片气体扩散层，虽然目前市场上气体扩散层的价格比质子交换膜要便宜一些，但是它的用量比较大，需要两片，所以它对燃料电池的价格有非常大的影响。美国能源部DOE按照现有的燃料电池技术所进行测算，气体扩散层在燃料电池电堆里面价格的分布，在小批量的时候，基本上价格占到21%，比质子交换膜还要贵一些。随着量的增加，气体扩散层的价格占比会减少一些，但即使到批量化的生产，它也占有一定的比例。当规模达到50万辆的时候，它还有6%的价格比例，所以气体扩散层对燃料电池的价格

有非常大的影响。气体扩散层影响到燃料电池里面的传质、传热以及欧姆电阻，因为它对水管理有非常大的作用，它间接的影响到燃料电池里面的动力学。因为它影响燃料电池的性能，所以间接影响到燃料电池的成本。尤其是我们现在燃料电池技术发展是朝着高电流操作这样一个方向来发展，高电流操作的时候，传质就非常重要。如何有一个好的气体扩散层的材料？首先要分析一下它在燃料电池里面所起的作用。首先第一个作用是传质的作用，它要把气体均匀的扩散到催化剂上进行反应，同时要把这个产物这个水能够带出来，这是它的第一个作用。同时，燃料电池里面反应产生的热量也要通过气体扩散层带出去。另外所产生的电流也要通过气体扩散层导到外面的电路，传质、传热、导电是气体扩散层在燃料电池里面主要的功能。同时它需要有一定的机械强度来支撑我们膜电极，膜电极比如是CCM机械强度不够，需要有一个支撑，这个是气体扩散层四个功能。因为有这样一个功能的要求，所以我们对气体扩散层的材料选择也是有一定的要求。首先它必须是多孔的介质，需要良好的导热性，有良好的导电性，同时有一定的机械强度。另外因为它在燃料电池里面工作，所以它需要有良好的化学稳定性。正因为有这样一个要求，所以气体扩散层的选择并不是很多。早期的时候有些人用金属网或者金属泡沫来做气体扩散层，因为它的化学稳定性不高，所以后来基本上气体扩散层材料的选择只有两

催化裂化再生系统

1再生动力学 1.1催化剂上的焦炭 1）焦炭的化学组成催化剂上的焦炭来源于四个方面： ⑴在酸性中心上由催化裂化反应生成的焦炭； ⑵由原料中高沸点、高碱性化合物在催化剂表面吸附，经过缩合反应生成的焦炭； ⑶因汽提段汽提不完全而残留在催化剂上的重质烃类，是一种富氢焦炭； ⑷由于镍、钒等重金属沉积在催化剂表面上造成催化剂中毒，促使脱氢和缩合反应的加剧，而产生的次生焦炭；或者是由于催化剂的活性中心被堵塞和中和，所导致的过度热裂化反应所生成的焦炭。上述四种来源的焦炭通常被分别称为催化焦、附加焦（也称为原料焦）、剂油比焦（也称为可汽提焦）和污染焦。实际上，这四种来源的焦炭在催化剂上是无法辩认的。所谓“焦炭”并不是具有严格的固定组成和结构的物质。它不是纯碳，一般主要由碳和氢组成，是高度缩合的碳氢化合物，但碳和氢的比例受多种因素的影响，有相当大的变化范围。影响H/C的因素主要有：催化剂、原料、反应温度、反应时间及汽提条件等。对一定的催化剂和原料，影响焦炭H/C的主要因素是反应温度和反应时间（或结焦量）。普遍认为，反应温度越高，焦炭的H/C越小，即焦炭中氢含量越低。反应时间加长也有同样的影响。在硅酸铝催化剂上用多种单体烃和轻瓦斯油进行催化裂化反应试验，结果表明所得焦炭的H/C不相同，而在0.4～0.9之间变化。除碳和氢外，焦炭中还可能含有硫、氮、氧等杂原子，这主要决定于原料的杂原子化合物的含量。应该指出，焦炭的化学组成，是焦炭的一个重要性质，尤其是C/H，对再生器的操作，特别是对装置的热平衡具有重要意义。但很遗憾，焦炭的C/H很难测定准确，主要是氢含量很难测准，因为一般用燃烧法测定生成的水量，而水量难以测准，而且在燃烧过程中催化剂结构本身也可能放出一部分水，因而造成实验误差。在生产装置上，一般还是以测定烟气中CO、CO 2和O 2 的组成，利用焦炭在空气中燃烧时的元素平衡等计算焦炭中的C/H比。 2）焦炭的结构前面谈到焦炭的化学组成是不均匀的，而焦炭的结构与其组成密切相关，可以想象，焦炭的结构也是不均匀的，实际研究结果也证明了这一点，而且结构问题比组成更为复杂。焦炭的结构决定于结焦的反应机理及焦炭所处的环境和经历。结焦过程是脱氢和碳浓缩的过程，而形成的焦炭还要承受反应条件下的高温的影响而继续发生某些变化，所以焦炭的形成是经历了一个连续过程而不是一步决定的，这就决定了焦炭的结构不可能是单一的，而是有一定宽度的范围。焦炭的结构一般可分为两部分，一部分为有序结构，这部分具有伪石墨的结构；另一部分则为无序结构。两部分的比例则与原料、催化剂及反应条件有关，

燃料电池气体扩散层设计与选型

燃料电池气体扩散层设计与选型作为膜电极的重要组成部件，气体扩散层的设计与选型需根据电堆水管理特性、极板尺寸、单体目标厚度等因素因地制宜。气体扩散层(GDL)是一类疏水多孔介质材料，位置介于流场板和催化层，担当水气输运、热量传递、电子传导的载体，并在装配和运行过程中提供结构支撑。GDL通常由大孔基底层(Macroporous substrate:MPS)和微孔层(Microporous layer:MPL)组成。其中，基底层通常由碳纤维各向异性堆叠组成，直接与流场板接触；微孔层由碳基粉末和憎水剂混合而成，直接与催化层接触。气体扩散层关键特性

气体扩散层通常由多孔、非编织性和大孔结构的碳基材组成，基材经PTFE 疏水处理后，并涂覆有单层或多层微孔层(MPL)。一般，质子交换膜燃料电池用气体扩散层材料应具有反应气扩散、产物水扩散传输、导电、导热和机械支撑等关键特性。反应气扩散气体扩散层的首要任务是传送反应气氢气和氧气，确保足够的反应物质快速和均匀扩散至催化层。因此，气体扩散层的孔径在一定范围内应足够大，且孔隙需具备足够的疏水特性以避免燃料电池的产物水阻塞孔道。产物水扩散与传输一方面，气体扩散层需有效将液态水自催化层移至流场板(或极板)，以避免液态水阻塞反应物扩散通道引起传质极化增加。另一方面，排水特性需进行最佳设计。排水能力过强，将导致质子膜过度干燥产生“脱水”现象，质子传导率下降。导电气体扩散层材料导电能力高有助于降低电子传导过程中的欧姆损失。但调整气体扩散层的其他物理特性会影响到材料的导电特性，如：增加气体扩散层的孔隙率及PTFE含量时，通常导电率将下降。一般，碳基材料的导电特性可依据碳材料的热处理温度进行改善。导热

催化裂化装置反应器和再生器的技术改造

催化裂化装置反应器和再生器的技术改造摘要：延长石油集团公司某炼油厂使用洛阳石油化工公司生产的催化裂化反应再生装置。针对目前装置存在的生产和安全问题，对系统装置做了进一步的改造，主要是对反应器和再生器的改造。通过技改生产能力由原来80万t/a扩大到120万t/a。关键词：催化裂化装置反应再生改造概述目前催化裂化是石油加工的主要手段之一，它在炼油工业生产中占有重要的地位。一般原油经常减压蒸馏生产的汽油、煤油、柴油等轻质油品仅有10～40%，如果要得到更多轻质产品，须对重油馏分及渣油进行二次加工，使之生成汽油、柴油、气体等轻质产品。国内外常用的二次加工手段主要有热裂化、焦化、催化裂化和加氢裂化等。在我国车用汽油的组成最主要是催化裂化汽油，要提高汽油的产量，就要有良好的催化裂化反应和再生装置。一、催化裂化反应再生的原理催化裂化反应是在催化剂表面上进行的，分解反应生成的气体、汽油、柴油等分子较小的产物离开催化剂进入产品回收系统，而缩合反应生成的焦炭，则沉积在催化剂的表面上，使其活性降低，为了使反应不断进行，就必需烧去催化剂表面上的沉积炭使之恢复活性，这一过程称之为“再生”，可见催化裂化包括“反应”和“再生”两个过程。二、反应器的改造 1. 反应器改造目的针对提升管、汽提段、沉降器的改造，使催化裂化装置能适应各种原料，例如，蜡油、脱沥青、各种馏分油和渣油的范围；提高目的产物“汽油和柴油”产率而降低副产品“气体和焦炭”的产率。 2.反应器改造的过程 2.1提升管底部结构更新，增设了两个粗汽油回炼喷嘴。这样可使粗汽油进提升管回炼，因粗汽油中芳烃含量高，难以裂化，为使它和新鲜原料在不同反应操作条件下进行反应，达到多产液化石油气的目的。 2.2提升管设两层原料喷嘴，以适应不同原料加工量，并根据市场需要调整产品分布，增加了装置操作的灵活性。 2.3提升管出口粗旋风分离器改为挡板汽提式粗旋风分离器，将反应油气和催化剂快速分离，同时尽可能地汽提掉催化剂上携带的油气，减少了二次反应，增加了轻质油收率。 2.4粗旋风分离器与顶旋风分离器采取直联形式，缩短了反应油气和催化剂在沉降器中的停留时间，减少二次反应，同时减少沉降器内部的焦块形成，保证了装置长周期运行。 2.5汽提段的环形挡板改为新型高效汽提挡板，减少了大量油气。因为在颗粒间充满了油气和一些水蒸气，颗粒空隙内部也吸附有油气，油气的总量相当于催化剂重量的0.7%，约为进料的2～4%，其中夹在颗粒间隙的约70～80%，吸附在微孔内部的约为20～30%。如果带人再生器烧掉会损失大量油气，所以这样增加了汽提效果，降低了焦炭中氢含量，提高了目的产品的收率。 2.6沉降器中部增设格栅，防止沉降器顶部的焦块脱落后顺着待生立管掉到

基于MATLAB的放射性气体扩散模拟及应用

基于MATLAB的放射性气体扩散模拟及应用发表时间：2020-02-27T22:44:59.213Z 来源：《防护工程》2019年19期作者：杨震何维锋冷宇飞邢佳奇周文平（通讯作者）[导读] 随着核电在世界范围内广泛应用，越来越多的核电站建立起来，但是，运用核能的同时我们也要防范于未然。杨震何维锋冷宇飞邢佳奇周文平（通讯作者）沈阳工程学院核工程与核技术沈阳 110121 摘要：随着核电在世界范围内广泛应用，越来越多的核电站建立起来，但是，运用核能的同时我们也要防范于未然。因此，模拟核事故放射性气体扩散有着非常重要的意义。本文运用概率动力学的相关知识，结合高斯扩散模型，建立放射性气体扩散模型，模拟了福岛核电站放射性气体扩散对我国东海岸的影响。关键词：核事故放射性气体扩散；高斯扩散模型；matlab放射性气体扩散模型 1.前言北京时间2011年3月11日，日本福岛县的福岛第一核电站发生了一起重大核事故，大量的放射性污染气体从事故的核电站泄露进入大气，对大气环境产生了非常严重的污染，短时间内事故等级从四级跃升到最高等级——七级核事故，引起了国际社会的广泛关注。3月15日，专家组分析相关数据得出较低浓度的放射性气体正从核电站向福岛以东地区扩散，并可能在将来几天内到达北美地区，最终到达欧洲地区。同时事故核电站10km范围内的所有居民被日本政府要求紧急撤离。核电站周围的各个监测站检测到碘，氩，钚等多种放射性同位素从核电站泄出，23日，在核电站厂区内检测出中子辐射。随着核电在世界范围内广泛应用，越来越多的核电站建立起来，但是，运用核能的同时我们也要防范于未然。因此，模拟核事故放射性气体扩散有着非常重要的意义。本文运用概率动力学的相关知识，结合高斯扩散模型，建立放射性气体扩散模型，模拟了福岛核电站放射性气体扩散对我国东海岸的影响。首先，我们考虑到风向和风速对放射性气体浓度分布有一定影响，由于当时日本发生了大地震和大海啸，这使得当地的气象环境十分复杂。本文我们结合高斯烟羽模型，并考虑烟气抬升，地面反射，干湿沉积，放射性气体的衰变等多种因素对模型进行反复修正，得到最终的模型。之后，对于上风向和下风向L公里处的放射性气体浓度，只需在上述的基础上，令x=L或-L，同时，将风速k用（k+s）和（k-s）来代替，y=0，z=0。建立完这个基础模型后，我们就可以以此为基础研究在风速一定的情况下，位处上下风L公里处，放射性气体浓度的估计模型，并用matlab软件运行模型，模拟出在下风向时的浓度分布图。最后，我们参阅整理了气象、地理、新闻等资料，确定大气稳定度的等级为D 级，并且我们还查阅了在风速一定情况下，位于上下风L公里处的放射性气体浓度估计模型中所需要的各种参数。我国东海岸位于日本福岛的上风方向，所以，我们可以利用上风向L公里处的浓度预估模型，来预测放射性气体到达我国东海岸时的浓度。同时使用matlab 计算得出I的浓度为0.14，所得数据与实际测量值0.10基本吻合。对于一个地区的核事故空气传播影响的分析预测，我们应参考大量气象资料、地理条件、新闻资料，确定大气稳定度等级，气体扩散系数，地表的平均风速、地理距离、当地地表对放射性物质的反射系数、空气黏度、放射性物质的半衰期等各种有用参数，并对其进行严谨的分析设计。事故发生之后我国也是立刻做出反应紧急应对，时刻关注事故对我国造成的影响。在我国东北部地区的黑龙江省某个气象监测站对空气样品进行检验时发现了来自日本福岛核电站的放射性核同位素I-131。统计我国31个省，市的大气放射性浓度记录数据，发现到达我国I-131浓度最大值位于我国东北吉林省，这与我国当时东部沿海地区的持续东风有关。不仅仅是我国，此次福岛核电站的重大事故也引起了国际社会的高度关注，美国，俄罗斯，澳大利亚，新加坡等日本周边国家都对核泄漏造成的空气中放射性气体浓度进行了紧密的持续经跟踪测量，一方面可以第一时间了解辐射污染物的准确数据，令国民提前做好预防工作，确保本国国民的人身安全；另一方面我们都了解核能是目前世界上众所周知的高效清洁能源，核电站的建设为各国带来的巨大的经济效益同时又减少了二氧化碳等温室气体的排放。核电站已经逐渐替代了火电站。但同时也没有人不了解原子弹的恐怖以及核泄漏的危害，核能的使用究竟是利大于弊还是弊大于利值得各国思考，毕竟人类已经有了切尔诺贝利和三里岛核电站事故的可怕阴影。因此我们小组成员以此次福岛核事故为例预测我国东海岸的放射性气体浓度，并与实际测量值进行比较。希望能够为我国对核事故的监测能力献出一份力。 2.模型假设与约定 1、假设连续云团的泄露时间和速度恒定，连续且均匀，初始泄露时刻连续云团内部的浓度、温度呈均匀的分布； 2、假设气体在扩散过程中只发生衰变，不发生分解以及任何化学反应等。 3、污染物的数量和浓度在y、z时间轴上的浓度分布通常是高斯分布（正态高斯分布）的； 4、扩散的处理过程中不能只考虑热量扩散后的云团内部外界温度的剧烈变化，忽略了热量的传递、热对流及其他外部热辐射； 5、泄漏的气体是我们所认为的理想气体，这些气体遵守理想气体的状态方程； 6、假设地面水平，且风向与地面保持水平； 7、在相对垂直和横向水平大气运动不同方向，大气扩散系数通常呈各向不相同性； 3.符号说明及名词解释 3.1符号说明：见下表1