MTO反应动力学模型、MTO反应再生集成模型及其应用制造技术

本发明专利技术涉及MTO反应动力学模型、MTO反应再生集成模型及其应用。所述MTO反应动力学模型的构建方法包括：将反应体系划分为多个集总组分；根据集总组分之间的反应机理，确定反应网络和反应动力学方程；集总组分包括：甲醇；甲烷；乙烷；乙烯；丙烷；丙烯；碳4；碳5及以上；氢气；一氧化碳；二氧化碳；焦炭。所述MTO反应再生集成模型包括反应器模型、再生器模型和催化剂循环物料平衡模型。上述模型能够更充分、更真实、更准确、更可靠地反映MTO反应的反应历程；MTO反应再生集成模型，填补了现有MTO集总模型中缺乏再生器与催化剂模型在工业生产实际中应用的空白，为MTO反应的全流程监测和优化提供了全面性模型。

MTO reaction kinetic model, MTO reaction regeneration integrated model and its application

The invention relates to MTO reaction kinetics model, MTO reaction regeneration integrated model and application thereof. The method for constructing the MTO reaction kinetic model includes: dividing the reaction system into several lumped components; determining the reaction network and reaction kinetic equation according to the reaction mechanism between the lumped components; the lumped components include: methanol; methane; ethane; ethylene; propane; propylene; C4; C5 and above; hydrogen; carbon monoxide; carbon dioxide; coke. The integrated model of MTO reaction and regeneration includes reactor model, regenerator model and catalyst circulation material balance model. The above model can more fully, truly, accurately and reliably reflect the reaction process of MTO reaction; the integrated model of MTO reaction regeneration fills the gap of the existing MTO lumped model that lacks the application of regenerator and catalyst model in industrial production, and provides a comprehensive model for the whole process monitoring and optimization of MTO reaction.

【技术实现步骤摘要】
MTO反应动力学模型、MTO反应再生集成模型及其应用
本专利技术涉及化工领域，具体而言，涉及MTO反应动力学模型、MTO反应再生集成模型及其应用。
技术介绍
甲醇制烯烃(MTO)是一个重要的煤化工生产过程。甲醇制烯烃是以煤或天然气制得的甲醇为原料，在催化剂条件下甲醇脱水反应生成低碳烯烃。MTO反应过程中，除了甲醇转化为烯烃的主要反应外，还发生低碳烯烃产物在催化剂上进一步通过异构化、齐聚、裂解、氢转移等多种复杂的反应生成烷烃、烯烃、积碳的二次反应，从而影响MTO过程中轻烯烃的选择性。目前国际上对甲醇制烯烃的催化剂、反应特性、工艺技术等有诸多研究，很多著名的石油和化学公司，如美孚石油公司(Mobil)、巴斯夫公司(BASF)、埃克森石油公司(Exxon)、环球油品公司(UOP)和海德罗公司(NorskHydro)等，都投入了大量的精力进行了多年研究。国内的中科院大连化物所、北京石科院、石油大学、上海石油化工研究院、华东理工大学等机构也都对MTO催化反应进行了长期研究，并在反应催化剂的研究方面取得了重大的进展，但是对反应动力学机理的讨论还处在完善阶段。目前，本领域通常认为，MTO反应分三个步骤：甲醇在催化剂作用下脱水生成二甲醚；初始C-C键形成；低碳烯烃向高碳烯烃转化。在上述基础上，Haw等增加了反应诱导期和催化剂积碳失活步骤；Dahl等提出的烃池机理得到业界的广泛认可。烃池机理认为，MTO的反应诱导期就是烃池物种的形成期，烃池形成后，低碳烯烃才能大量生成；类似积碳的烃池随着反应的进行，活性逐渐降低，最终形成积碳。积碳一方面影响催化剂的选择性，另一方面可造成催化剂的失活。MTO总反应速率是随催化剂碳含量变化的。依据目前甲醇制烯烃动力学的研究，可以将其分成两类：(1)列出所有基元反应，通过实验量子理论计算得到的机理型反应动力学；此类方法对揭示反应机理和反应过程规律具有重要意义，但因参数方程过多，影响了模型的实用性。(2)集总方法，忽略基元反应细节，获得总体反应效果；此类方法已成为目前的主要研究方向。集总动力学模型是将反应体系划分成若干个集总组分，用于处理复杂的反应体系。1995年Shell公司的Bos建立了MTO反应的8集总反应动力学模型，Gayubo在此基础上对模型适当简化提出了5集总模型，齐国祯通过大量研究对5集总模型进行了修正，得以广泛应用。现有MTO反应动力学集总模型存在的不足：(1)实验室数据的相关性差，模型的实用性没有进一步验证。目前所采用的8集总，5集总反应动力学模型在实验室数据的验证上取得了一定的准确性，但用在实际工业的计算预测则存在较大误差。(2)忽略了反应过程中二次反应的研究，造成因反应时间的偏差带来对产品分布预测的误差。(3)对于再生器与催化剂的循环操作没有提出建模方法。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供MTO反应动力学模型和/或MTO反应再生集成模型在MTO反应的监测或优化方面的应用。所述MTO反应动力学模型基于更多重集总组分构建，并结合集总的反应网络，能够更充分、更真实、更准确、更可靠地反映MTO反应的反应历程。所述MTO反应再生集成模型填补了现有MTO反应动力学集总模型中缺乏再生器与催化剂模型在工业生产实际应用中的空白，为MTO反应的全流程监测和优化提供了更可靠的全面性模型。本专利技术的第二目的在于提供基于上述MTO反应动力学模型、MTO反应再生集成模型在MTO反应的可读存储介质。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：MTO反应动力学模型和/或MTO反应再生集成模型在MTO反应的监测或优化方面的应用，其中：构建MTO反应动力学模型的方法，其包括：将反应体系划分为多个集总组分；根据所述集总组分之间的反应机理，确定反应网络和反应动力学方程；所述集总组分包括：集总P1-甲醇；集总P2-甲烷(C1)；集总P3-乙烷(C2)；集总P4-乙烯(C2＝)；集总P5-丙烷(C3)；集总P6-丙烯(C3＝)；集总P7-碳4(C4)；集总P8-碳5及以上(C5+)；集总P9-氢气；集总P10-一氧化碳；集总P11-二氧化碳；集总P12-焦炭；所述反应网络包括所述集总组分之间的反应路径。所述MTO反应再生集成模型包括MTO反应器模型、MTO再生器模型和MTO催化剂循环物料平衡模型。可选地，所述反应网络包括：集总P1与集总P2之间的反应路径1；集总P1与集总P3之间的反应路径2；集总P1与集总P4之间的反应路径3；集总P1与集总P6之间的反应路径4；集总P1与集总P5之间的反应路径5；集总P1与集总P7之间的反应路径6；集总P1与集总P8之间的反应路径7；集总P1与集总P12之间的反应路径8；集总P6与集总P4之间的反应路径9；集总P6与集总P5之间的反应路径10；集总P6与集总P7之间的反应路径11；集总P6与集总P12之间的反应路径12；集总P4与集总P3之间的反应路径13；集总P4与集总P2之间的反应路径14；集总P7与集总P4之间的反应路径15；集总P2与集总P12之间的反应路径16；集总P2与集总P10之间的反应路径17；集总P2与集总P11之间的反应路径18。本专利技术中，反应路径1～反应路径8属于一次反应的路径；反应路径9～反应路径18属于二次反应的路径。可选地，反应路径1～反应路径8的反应动力学方程为：i＝1,2,3,4,5,6,7,8。可选地，反应路径9～反应路径12的反应动力学方程为：i＝9,10,11,12。可选地，反应路径13～反应路径14的反应动力学方程为：i＝13,14。可选地，反应路径15的反应动力学方程为：i＝15。可选地，反应路径16～反应路径18的反应动力学方程为：i＝16,17,18。上述方程中，其中，Ei表示反应路径i的反应活化能，kJ/mol；ki表示反应路径i的反应速率常数；t表示反应时间，s；ki0表示第i条反应路径的指前因子；kd表示失活系数；FMO表示甲醇的进料速率，g/h；Kw表示水吸附阻力因子；W表示催化剂装填量，g；XA表示甲醇转化摩尔分率；XW表示水的摩尔分率；Xi表示反应路径i的产物的摩尔分率；T表示反应温度，℃；R表示摩尔气体常数，8.314J/(mol·K)。本专利技术中，采用比现有技术中更多重的集总组分划分方式，并充分考虑到了发生在各集总组分之间的一次反应和二次反应的反应路径，构建了包括18条反应路径的反应网络，将复杂的MTO反应体系归纳出若干反应动力学方程，将反应过程中的各种变量和数据之间的相关性合理的归纳和体现出来，更准确地监控和反馈反应数据，以实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.MTO反应动力学模型和/或MTO反应再生集成模型在MTO反应的监测或优化方面的应用，其特征在于，/n所述MTO反应动力学模型的构建方法包括：/n将反应体系划分为多个集总组分；/n根据所述集总组分之间的反应机理，确定反应网络和反应动力学方程；/n所述集总组分包括：集总P1-甲醇；集总P2-甲烷(C1)；集总P3-乙烷(C2)；集总P4-乙烯(C2＝)；集总P5-丙烷(C3)；集总P6-丙烯(C3＝)；集总P7-碳4(C4)；集总P8-碳5及以上(C5+)；集总P9-氢气；集总P10-一氧化碳；集总P11-二氧化碳；集总P12-焦炭；所述反应网络包括所述集总组分之间的反应路径；/n所述MTO反应再生集成模型包括MTO反应器模型、MTO再生器模型和MTO催化剂循环物料平衡模型。/n

【技术特征摘要】
1.MTO反应动力学模型和/或MTO反应再生集成模型在MTO反应的监测或优化方面的应用，其特征在于，
所述MTO反应动力学模型的构建方法包括：
将反应体系划分为多个集总组分；
根据所述集总组分之间的反应机理，确定反应网络和反应动力学方程；
所述集总组分包括：集总P1-甲醇；集总P2-甲烷(C1)；集总P3-乙烷(C2)；集总P4-乙烯(C2＝)；集总P5-丙烷(C3)；集总P6-丙烯(C3＝)；集总P7-碳4(C4)；集总P8-碳5及以上(C5+)；集总P9-氢气；集总P10-一氧化碳；集总P11-二氧化碳；集总P12-焦炭；所述反应网络包括所述集总组分之间的反应路径；
所述MTO反应再生集成模型包括MTO反应器模型、MTO再生器模型和MTO催化剂循环物料平衡模型。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述反应网络包括：
集总P1与集总P2之间的反应路径1；
集总P1与集总P3之间的反应路径2；
集总P1与集总P4之间的反应路径3；
集总P1与集总P6之间的反应路径4；
集总P1与集总P5之间的反应路径5；
集总P1与集总P7之间的反应路径6；
集总P1与集总P8之间的反应路径7；
集总P1与集总P12之间的反应路径8；
集总P6与集总P4之间的反应路径9；
集总P6与集总P5之间的反应路径10；
集总P6与集总P7之间的反应路径11；
集总P6与集总P12之间的反应路径12；
集总P4与集总P3之间的反应路径13；
集总P4与集总P2之间的反应路径14；
集总P7与集总P4之间的反应路径15；
集总P2与集总P12之间的反应路径16；
集总P2与集总P10之间的反应路径17；
集总P2与集总P11之间的反应路径18；
优选地，反应路径1～反应路径8的反应动力学方程为：



反应路径9～反应路径12的反应动力学方程为：



反应路径13～反应路径14的反应动力学方程为：



反应路径15的反应动力学方程为：



反应路径16～反应路径18的反应动力学方程为：



上述方程中，
其中，Ei表示反应路径i的反应活化能，kJ/mol；
ki表示反应路径i的反应速率常数；t表示反应时间，s；
ki0表示第i条反应路径的指前因子；
kd表示失活系数；
FMO表示甲醇的进料速率，g/h；
Kw表示水吸附阻力因子；
W表示催化剂装填量，g；
XA表示甲醇转化摩尔分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶兴文，洪志一，
申请(专利权)人：北京赛普泰克技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11