一、指南说明

　　“十一五”国家科技支撑计划重点项目《流程工业多尺度模拟放大技术及其在石化行业的应用》依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》的任务要求设置。

　　此次发布的课题申请指南，重点支持对流程工业中过程放大的多尺度模拟技术的研究，及该技术在多产异构烷烃工艺中关键气固反应器的优化设计与调控、己内酰胺生产新工艺中关键气液反应器的放大与优化设计、乙二醇清洁生产工艺中关键设备的选型与优化设计、低碳烯烃生产工艺中催化裂解反应器模拟放大与优化设计等方面的应用研究。

　　本项目计划实施期限为3年。

　　本项目采取公开发布指南，评审方式择优选择课题承担单位。

二、指南内容

　　课题一、过程放大多尺度模拟技术及系统的开发

　　1、研究目标

　　实现多尺度方法与离散模拟结合的、拥有核心自主知识产权的大规模并行模拟放大软件；建成软件的专用高效硬件系统，服务于石化、冶金等流程工业领域。

　　2、主要研究内容

　　研究基于多尺度模型和粒子方法的模拟技术，建立该技术的大规模并行计算软硬件系统，并研究该系统针对石化行业中流化床、固定床、鼓泡塔反应器以及冶金行业中电炉的应用。

　　3、具体考核指标

　　（1）提出计算微元内多尺度结构的稳定性条件，建立多相复杂系统的多尺度模型和多尺度耦合的粒子方法，以这些模型和方法形成具有核心自主知识产权和商品化前景的模拟放大软件，完成软件注册；

　　（2）实现面向流程工业中气固、气液和液液典型多相系统和固体颗粒物料的直接数值模拟，三维模拟分辨率达到亚颗粒(或亚液滴、亚气泡)尺度和毫米-亚毫秒量级，同时计算规模达到典型工业设备规模和米-秒量级；

　　（3）建立多尺度模拟放大软件的高效计算系统，形成自主知识产权，所处理的网格或粒子数最多达1千亿以上，所进行的对典型气固/气液工业反应器三维动态模拟的计算时间在100小时以内，模拟精度较现有商用软件有明显提高；

　　（4）完成工业规模流化床、固定床和鼓泡塔反应器和电炉的三维热态模拟；

　　（5）申请发明专利3项以上。

　　4.课题实施年限

　　2008年1月至2010年12月。

　　5.经费预算

　　国拨专项经费不超过1350万元，自筹配套经费1:1以上。

　　6.申报条件

　　本课题牵头单位须具有流程工业设备多尺度模拟领域的研究基础、技术积累和工业应用，在其计算软硬件系统研发方面有较好的基础，科研开发技术队伍比较完善。鼓励产学研联合申报课题。

　　课题二、多产异构烷烃（MIP）工艺中关键气固反应器的模拟优化设计与调控

　　1.研究目标

　　应用多尺度模拟技术建立工业规模的MIP工艺关键反应器中反应物分布的计算流体力学（CFD）模拟方法和模型，并提供多产异构烷烃清洁汽油工艺装置设计参数。通过课题的实施，在石油炼制行业中推广应用清洁汽油生产工艺的过程模拟放大技术，提升炼油企业的绿色化、信息化水平。

　　2.主要研究内容

　　针对多产异构烷烃（MIP）催化裂化工艺关键设备中复杂的多相流动、反应耦合的多尺度现象，开展原料油、产物和催化剂的表征、原料油生成产物的反应途径和反应网络的构建以及反应动力学参数的研究。应用多尺度模拟技术，开展MIP催化裂化过程多相流体动力学的多尺度CFD模拟研究；开展MIP催化裂化过程的反应、流动耦合的多尺度CFD模拟研究；开发MIP工艺过程的CFD模拟软件；完成两个工业装置热态模拟的算例。

　　3.具体考核指标

　　（1）建立MIP工艺的多尺度集成模型，提供优化的反应器型式和结构参数，形成MIP工艺中催化裂化装置的多尺度三维热态模拟软件；

　　（2）完成MIP工业装置的工程设计参数及工业装置的操作优化建议书；

　　（3）装置优化后汽油烯烃含量低于20%，反应产物分布预测精度优于5%，与改造前装置相比单位产品能耗降低10%以上；

　　（4）形成百万吨级装置的设计工艺包；

　　（5）申请发明专利2项以上。

　　4.课题实施年限

　　2008年1月至2010年12月。

　　5.经费预算

　　国拨专项经费250万，自筹配套经费1:1以上。

　　6.申报条件

　　本课题牵头单位须在多产异构烷烃清洁汽油工艺方面具有研究基础和技术积累，具有较强的科研开发技术队伍及较完善的试验、生产保障条件。鼓励产学研联合申报课题。

　　课题三、己内酰胺生产新工艺中关键气液反应器的模拟放大与优化设计

　　1.研究目标

　　为基于环己酮氨肟化贝克曼重排新工艺和SNIA甲苯法的16万吨己内酰胺生产线建设提供其中关键气液反应器的主要设计参数，单位产值投资成本将比国内现有进口装置低20％以上。

　　2.主要研究内容

　　针对大型己内酰胺生产线扩建工程中关键气液反应器模拟放大和优化设计的需求，应用多尺度模拟技术，研究自主开发的气液多相计算流体力学软件为核心的反应器数值模拟技术，开发汽－液－液－固四相硫酸铵结晶反应器模拟软件，指导结晶反应器超负荷运行；开发汽－液－液三相酰胺化反应器模拟软件，优化酰胺化反应器设计；开发气－液－固三相加氢反应器模拟软件，指导加氢反应器改造。

　　3.具体考核指标

　　（1）针对硫酸铵结晶反应器、酰胺化反应器、加氢反应器分别建立多相耦合的三维热态专用数值模拟软件；定量预测反应器内各相的关键参数；

　　（2）改造不少于3套己内酰胺工艺的工业生产装置，实现加氢反应转化率达到98％，酰胺化反应转化率达到86％，硫酸铵结晶反应器满足超负荷生产任务需求，晶体产品粒度分布均匀，平均尺寸大于1mm；

　　（3）形成3个相关反应器设计的软件包；

　　（4）申请发明专利2项以上。

　　4.课题实施年限

　　2008年1月至2010年12月。

　　5.经费预算

　　国拨专项经费240万，自筹配套经费1:1以上。

　　6.申报条件

　　本课题牵头单位须具有己内酰胺生产和工艺开发领域的研究基础和技术积累，具有较强的专业技术开发团队及较完善的开发支撑条件。鼓励产学研联合申报课题。