原料反应动力学模型建模方法、控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供原料反应动力学模型建模方法、控制装置，所述方法包括：确定原料进行催化加氢反应中，催化加氢反应的升温阶段的生成物；对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分；根据所述原料和所述生成物的催化反应机理构建相应的反应网络；以及根据所述反应网络建立所述原料的催化加氢反应数学模型方程。可以实现对菲催化加氢反应升温过程的准确描述，了解升温阶段菲催化加氢反应途径及该过程中对菲催化反应生成物的分布影响。

【技术实现步骤摘要】
原料反应动力学模型建模方法、控制装置
本专利技术涉及煤化工领域，具体地涉及一种原料反应动力学模型建模方法、控制装置。
技术介绍
煤直接液化技术是在高温、高压条件下，使用供氢溶剂及催化剂，使煤中复杂的有机高分子结构发生转变，从而将煤中有机质转化为液体油的一种洁净煤技术。其本质是在适当氢压、温度、催化剂和溶剂的条件下，提高H/C原子比，实现固体煤向液体油的转变[1]。而煤与石油有机结构的主要区别在于煤是由不同芳环数的缩合芳烃构成的结构元组成，通过加氢液化能够将煤中桥键打开，解离出芳烃结构，进而制得芳烃化合物。然而对于煤直接液化下升温阶段芳烃加氢转化的研究并不多。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种原料反应动力学模型建模方法、控制装置，其中该建模方法可以实现对菲催化加氢反应升温过程的准确描述，了解升温阶段菲催化加氢反应途径及该过程中对菲催化反应生成物的分布影响。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种原料反应动力学模型建模方法，所述方法包括：确定原料进行催化加氢反应中，催化加氢反应的升温阶段的生成物；对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分；根据所述原料和所述生成物的催化反应机理构建相应的反应网络；以及根据所述反应网络建立所述原料的催化加氢反应数学模型方程。可选的，所述原料包括菲和四氢萘。可选的，所述对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分包括：将所述反应物和所述生成物划分为11组分；其中，所述反应物包括2种组分，即，所述原料菲和四氢萘；所述生成物包括以下8中组分：二氢菲、四氢菲、1,10-八氢菲、1,8-八氢菲、中环断裂生成物、萘、十氢萘、烷基苯以及四氢蒽。可选的，所述方法还包括：对所述动力学模型的参数进行参数估计，其中所述参数估计包括以下优化方式：其中，i＝1-n，表示包括n组数据，j＝1-m，表示包括m个组分，x表示所述反应物的浓度，F表示所述反应物浓度的实验值和计算值差的平方和；其中，所述优化方式为以计算得到所述平方和的最小值为优化条件进行优化。本专利技术实施例还提供一种原料反应动力学模型建模控制装置，所述控制装置包括控制器，所述控制器用于执行以下操作：确定原料进行催化加氢反应中，催化加氢反应的升温阶段的生成物；对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分；根据所述原料和所述生成物的催化反应机理构建相应的反应网络；以及根据所述反应网络建立所述原料的催化加氢反应数学模型方程。可选的，所述原料包括菲。可选的，所述对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分包括：将所述反应物和所述生成物划分为11组分；其中，所述反应物包括2种组分，即，所述原料菲和四氢萘；所述生成物包括以下8中组分：二氢菲、四氢菲、1,10-八氢菲、1,8-八氢菲、中环断裂生成物、萘、十氢萘、烷基苯以及四氢蒽。可选的，所述控制器还用于对所述动力学模型的参数进行参数估计，其中所述参数估计包括以下优化方式：其中，i＝1-n，表示包括n组数据，j＝1-m，表示包括m个组分，x表示所述反应物的浓度，F表示所述反应物浓度的实验值和计算值差的平方和；其中，所述优化方式为以计算得到所述平方和的最小值为优化条件进行优化。另一方面，本专利技术提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述原料反应动力学模型建模方法。通过上述技术方案，提供了一种原料催化加氢在升温阶段反应动力学模型建模方法，实现对原料催化加氢反应升温过程的准确描述，了解升温阶段原料催化加氢反应途径及该过程中对菲催化反应生成物的分布影响等，为液化油作为原料生产价值较高的芳烃提供参考。本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的菲在煤直接液化条件下催化加氢反应动力学模型。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。本专利技术涉及一种原料在煤直接液化条件下升温阶段反应动力学模型建模方法，例如该原料为菲，将菲在煤直接液化条件下催化加氢升温阶段反应物和生成物分为11个组分并建立起动力学模型。其步骤如下：1)基于实验条件，取不同温度325℃、355℃、385℃、415℃、445℃时反应物和生成物进行单体烃分析2)基于分析结果，将反应物与生成物分为11个组分反应物包括原料及溶剂；原料：菲、四氢萘生成物：二氢菲、四氢菲、1,10-八氢菲、1,8-八氢菲、中环断裂生成物、萘、十氢萘、烷基苯、四氢蒽。3)根据菲催化加氢反应机理，构建反应网络，该11组分反应网络包括6个可逆反应，四个不可逆反应。4)根据菲在煤直接液化条件下催化加氢升温阶段反应模型，得到微分方程组如下：5)其中：ca：菲百分含量；cb：二氢菲百分含量；cc：四氢菲百分含量；cd:1,8-八氢菲百分含量；ce:中环开环生成物百分含量；cf:1,10-八氢菲百分含量；ci：四氢萘百分含量；cj：萘百分含量；ck：烷基苯百分含量；cl：十氢萘百分含量；cm：四氢蒽百分含量；t为反应时间，h表示小时；kij为反应物i到生成物j的反应速率(包含了反应速率常数和吸附平衡常数，对正反应而言还包含氢气压力的影响)。fi为i的吸附平衡常数。ki与温度的关系服从阿伦尼乌斯方程[11]，其公式如下式中，ki0是指前因子，h-1；Eaj为反应活化能，kJ·mol-1；T是反应温度，K；R是气体常数，8.3145J·mol-1·K-15)模型微分方程组求解和模型参数估计本文所建模型的反应动力学方程，是一阶多元常微分方程组，通常采用数值解法进行求解，如龙格库塔法、特雷纳法等。基于实验的数据样本，采用BFGS变尺度优化算法对32个模型参数进行估计。1)图1示出了本专利技术实施例提供的菲在煤直接液化条件下催化加氢反应动力学模型，如图1所示，组分的划分将原料分为两组分：菲(a)、溶剂(i)。生成物：二氢菲(b)、四氢菲(c)、1,10-八氢菲(d)、1,8-八氢菲(f)、中环断裂生成物(e)、萘(j)、十氢萘(l)、烷基苯(k)与四氢蒽(m)。2)反应网络的建立在建立反应网络时，作出如下考虑：首先，原料菲可以催化加氢转化为二氢菲和四氢菲，随后二氢菲与四氢菲继续加氢生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原料反应动力学模型建模方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定原料进行催化加氢反应中，催化加氢反应的升温阶段的生成物；/n对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分；/n根据所述原料和所述生成物的催化反应机理构建相应的反应网络；以及/n根据所述反应网络建立所述原料的催化加氢反应数学模型方程。/n

【技术特征摘要】
1.一种原料反应动力学模型建模方法，其特征在于，所述方法包括：
确定原料进行催化加氢反应中，催化加氢反应的升温阶段的生成物；
对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分；
根据所述原料和所述生成物的催化反应机理构建相应的反应网络；以及
根据所述反应网络建立所述原料的催化加氢反应数学模型方程。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料包括菲和四氢萘。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述原料的催化加氢反应中的反应物和所述生成物进行划分包括：
将所述反应物和所述生成物划分为11组分；
其中，所述反应物包括2种组分，即，所述原料菲和四氢萘；
所述生成物包括以下8中组分：二氢菲、四氢菲、1,10-八氢菲、1,8-八氢菲、中环断裂生成物、萘、十氢萘、烷基苯以及四氢蒽。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述动力学模型的参数进行参数估计，其中所述参数估计包括以下优化方式：



其中，i＝1-n，表示包括n组数据，j＝1-m，表示包括m个组分，x表示所述反应物的浓度，F表示所述反应物浓度的实验值和计算值差的平方和；
其中，所述优化方式为以计算得到所述平方和的最小值为优化条件进行优化。


5.一种原料反应动力学模型建模控制装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器，所述控制器用于执行以...

【专利技术属性】
技术研发人员：单贤根，舒歌平，章序文，杨葛灵，曹雪萍，王洪学，高山松，谢晶，
申请(专利权)人：中国神华煤制油化工有限公司，中国神华煤制油化工有限公司上海研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11