减压渣油是石油馏分中最重、最难以加工利用的重质馏分,需要通过加氢处理方法对其进行轻质化。浆态床渣油加氢技术可以实现更高的转化率和更长的操作周期,但其反应器内部复杂的流动状态和渣油临氢热裂化机理使常规平推流反应器模型失效,使现有流程模拟平台制氢-加氢耦合工艺设计过程中困难重重。本研究通过对浆态床反应器建立反应多相流体力学模型,对反应器流场、渣油临氢热裂化过程、相含率分布等多种因素进行了系统考察,为工艺流程模拟提供了基础数据;建立了基于轴向扩散模型的浆态床反应器及反应动力学模型,实现了浆态床反应器渣油临氢热裂化的模拟;基于所建立的数学模型,对天然气蒸汽重整制氢-浆态床渣油加氢耦合工艺进行了流程模拟,实现了制氢、加氢工艺的设计和优化。基于多相流体力学方法,建立了考虑渣油临氢热裂化过程反应动力学的浆态床欧拉-欧拉多相流反应CFD模型。对浆态床反应器建立了轴向扩散模型,在保证计算效率的情况下实现了浆态床渣油加氢过程的快速计算;进一步将模型整合至工艺模拟平台中,实现了浆态床渣油加氢全工艺流程的模拟。基于所建立的浆态床反应器CFD模型,分别对实验室和工业化尺度的渣油加氢浆态床反应器进行了模拟,系统考察了0~317s内反应器内的流场特点、相含率分布、速度分布和流场-反应耦合特性。研究结果表明,在气体以气泡形式充分分散在反应器内部时,气液两相的流场分布具有一致性;由于反应器液相出口破坏了反应器的对称性,随着内部流体的运动,反应器内流场从初始的对称状态逐渐转变为整体环流,但对停留时间几乎无影响;对流场-反应耦合作用的考察表明,浆态床反应器中流场分布与反应速率分布具有一定的一致性。基于所建立的工艺流程模拟平台,建立了天然气重整制氢-浆态床渣油加氢耦合工艺流程。通过空速、转化率和氢耗考察,确定了反应器尺寸;对不同操作温度下产品分布进行了考察,探究了370~470℃下操作温度对渣油转化率的影响。进一步考察了氢气流量和纯度对渣油加氢过程的影响。当膜面积较低、进入反应系统氢气不足时,氢气是渣油转化率的决定性因素;当膜面积提高,氢气充足时,渣油转化率则取决于操作温度。通过优化膜面积比例,达到了98.3%氢气回收率和99.82mol%氢气浓度,可充分满足渣油加氢需求。经济性考察结果表明,操作参数为Membrane-201面积10,000m~2时,耦合工艺可达到81.22%渣油转化率,利润为58,000 RMB/h,具有良好的经济效益。