大庆重质裂解原料集总动力学的研究

论文摘要

目前,随着我国蒸汽热裂解制乙烯原料的重质化,重质裂解原料在原料来源中的比例逐渐增大;另一方面,随着计算机技术的发展和对石油烃类蒸汽热裂解制乙烯过程优化需求的增加,蒸汽热裂解过程的数值模拟技术也得到了较大的发展。由于重质裂解原料存在着组分不能清晰分析、热裂解反应体系具有复杂性和高度偶联的特点,因此本文以重石脑油为原料进行实验,采用集总动力学的方法建立了复杂反应体系的集总动力学模型。该方法在催化裂解、催化裂化和催化重整过程中都取得了成功的应用,但在蒸汽热裂解中的应用还未见公开报道。本文在自建的小型蒸汽热裂解反应实验装置上,对大庆重石脑油在裂解温度为790～830℃、停留时间为0.21～0.24s、汽烃比为0.45～0.75的范围内进行了实验,得到共80组实验数据。利用上述实验数据分析了重石脑油蒸汽热裂解制乙烯的反应规律,实验数据符合裂解规律。在大庆石脑油热裂解五集总动力学模型的基础上建立了大庆重石脑油热裂解八集总动力学模型,并给出了相应的反应网络图和各集总的物料平衡表达式。利用Matlab语言采用Marquardt++法编写了求取动力学参数的程序,并对程序进行修改、调试,求取了不同反应温度下各集总的反应速率常数、指前因子和活化能。通过计算值与实验值的对比发现,除个别数据的相对误差在10-20%外,其余的相对误差均在10%以内,尤其是“三烯”目的产物的相对误差在10%以内的数据达到了98%。用所建立的大庆重石脑油热裂解八集总反应动力学模型进行了初步预测,结果表明,模型的预测值与实验值接近,说明模型计算精度高,能较好地预测裂解产物产率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 乙烯生产及动力学研究方法
• 1.2 集总动力学模型
• 1.2.1 集总动力学模型组分的划分
• 1.2.2 集总动力学模型的建立方法
• 1.2.3 集总动力学模型参数的求取方法
• 1.2.4 Matlab 语言简介
• 1.2.5 集总动力学模型在石油化工生产中的应用
• 1.3 烃类热裂解反应规律及影响因素
• 1.3.1 烃类的热裂解过程的化学反应
• 1.3.2 烃类裂解的一次反应
• 1.3.3 烃类裂解的二次反应
• 1.3.4 各族烃的裂解反应规律
• 1.3.5 热裂解反应的影响因素
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器型号及产地
• 2.2 实验装置示意图
• 2.3 实验装置操作流程
• 2.4 实验原料
• 2.5 实验操作条件
• 2.6 实验数据的处理方法
• 第三章 重石脑油裂解反应规律的研究
• 3.1 裂解温度的影响
• 3.2 停留时间的影响
• 3.3 汽烃比的影响
• 3.4 不同温度下各组分产率的变化规律
• 3.5 最大实验停留时间和汽烃比下各组分产率的变化规律
• 3.6 汽烃比固定时不同温度下乙烯收率随停留时间的变化
• 3.7 停留时间固定时不同温度下乙烯收率随汽烃比的变化
• 第四章 热裂解八集总动力学模型
• 4.1 集总动力学模型的建立
• 4.2 集总动力学模型中物料平衡方程式的推导
• 4.3 集总动力学参数的求取方法
• 4.3.1 Marquardt 改进法求集总反应速率常数的原理
• ++计算步骤'>4.3.2 Marquardt⁺⁺计算步骤
• 4.4 八集总动力学模型参数的求取
• 4.4.1 反应速率常数的求取方法
• 4.4.2 初值的确定
• 4.4.3 自动回归优化
• 4.4.4 活化能和指前因子的求取
• 4.5 计算值与实验值的对比
• 4.6 八集总动力学模型的预测
• 4.6.1 各集总产率的实验值和预测值随停留时间的变化
• 4.6.2 主要烯烃产率的实验值和预测值随裂解温度的变化
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要