重油两段催化裂解多产丙烯集总动力学模型的初步研究

论文摘要

本文在课题组开发的重油两段提升管催化裂解多产丙烯(TMP)工艺基础上,进行了集总反应动力学模型的研究,建立了TMP十一集总反应动力学模型。通过对TMP工艺特点及催化裂解反应机理的分析,兼顾模型的精度、适应性和实验室现有分析条件,将反应体系划分为十一集总,制定反应规则,确定了体系的反应网络,并推导了模型的数学方程式。根据工艺特点,分析导致催化剂失活的因素,确定了催化剂失活模型的合理形式,利用小型固定流化床和重油微反实验数据拟合得到了催化剂失活模型的参数。收集和筛选了两段提升管催化裂解中试装置的实验数据,设计了分步拟合策略,选取Marquart法和遗传算法进行参数拟合,求取了反应动力学参数。微分方程的求解采用经典的四阶龙格—库塔方法。在反应温度580℃和剂油比约为11的条件下对模型进行验证,结果显示主要产品的计算值与实验值的平均相对误差均小于10%,处于可以接受的范围之内。此外模型还通过了残差分析,说明拟合结果从统计检验的角度来看也是合理的。最后,根据所建模型,预测了单段反应的产率分布及产品选择性等随操作条件的变化趋势、两段反应的产率分布随分割点及操作条件的变化趋势。经分析,预测结果符合催化裂解的一般规律。由于模型参数的半经验性,其应用范围仍有局限,因此对后续工作提出几点建议,以利于模型的改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 反应动力学模型综述
• 2.1 概述
• 2.2 关联模型
• 2.3 集总模型
• 2.3.1 集总理论
• 2.3.2 集总理论在催化裂化中的经典应用
• 2.3.3 集总理论在催化裂解中的应用
• 2.3.4 催化剂结焦失活动力学
• 2.3.5 参数估计和方程求解方法
• 2.4 动力学模型的发展趋势
• 2.5 本研究的目的和内容
• 第三章 模型的建立及实验
• 3.1 工艺特点分析
• 3.2 反应特点分析
• 3.2.1 原料组成复杂
• 3.2.2 化学反应复杂
• 3.2.3 各种操作条件影响复杂
• 3.2.4 催化剂活性、选择性以及失活的影响
• 3.3 催化裂解与催化裂化的区别
• 3.4 物理模型的建立
• 3.5 数学模型的建立
• 3.6 实验
• 3.6.1 催化剂失活实验
• 3.6.2 反应动力学实验
• 第四章 模型的求解及验证
• 4.1 催化剂失活模型参数拟合
• 4.2 动力学参数拟合
• 4.2.1 拟合思路
• 4.2.2 拟合算法
• 4.2.3 拟合结果
• 4.3 模型的验证
• 第五章 模型的应用
• 5.1 模型应用概述
• 5.2 模型在单段催化裂解中的应用
• 5.2.1 预测产品产率及其分布
• 5.2.2 预测产品选择性
• 5.3 模型在两段催化裂解中的应用
• 5.3.1 分割点的变化对主要产品产率的影响
• 5.3.2 温度对主要产品产率的影响
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢