一种轻烃催化裂解的动力学建模方法及装置，属于轻烃的催化裂解领域，先按照集总动力学原理，对轻烃进行集总划分，再依据反应机理，建立催化裂解反应网络，之后建立催化裂解反应动力学模型，提出目标函数，依据试验数据，应用最优化算法求解动力学模型参数。本发明专利技术根据催化裂解反应机理和反应物反应特性，将产物中汽油馏分段与原料汽油馏分段分别按照POA组成进行集总划分，建立动力学反应网络，更好地体现反应规律、描述反应机理，精确预测反应产品分布。布。布。
【技术实现步骤摘要】
一种轻烃催化裂解的动力学建模方法及装置
[0001]本专利技术涉及到轻烃的催化裂解领域，具体的说是一种轻烃催化裂解的动力学建模方法及装置。
技术介绍
[0002]乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃是石油化工行业的重要原料。目前，低碳烯烃的生产主要采用蒸汽裂解工艺。经过几十年的发展，蒸汽裂解已经成为一项极为成熟的技术，但是其生产烯烃过程中所需要的大量能耗仍然是需要解决的主要问题。低碳烯烃的生产技术还包括催化裂化、丙烷脱氢、甲醇制烯烃、烯烃歧化、轻烃催化裂解等。其中，轻烃催化裂解工艺反应温度比蒸汽裂解要低50～200℃，不仅能大大的降低能耗，减少排放，提高反应器寿命，还可以控制产物分布，提高低碳烯烃的收率，尤其是丙烯的收率。因此，近年来轻烃催化裂解技术得到了迅速的发展，已经出现了流化床工业装置。
[0003]为了进一步提高催化裂解装置的低碳烯烃产率，需要优化装置操作模式，改变操作条件，甚至进行装置改造。为了实现这一目的，最成熟有效的方法就是进行集总动力学建模研究，建立可以体现反应规律，描述反应过程的模型。
[0004]许多学者在这方面进行了研究：
[0005]刘熠斌等将汽油单独集总，建立了FCC汽油催化裂解六集总动力学模型；韩忠祥等将汽油划分为烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃，建立了FCC汽油催化裂解八集总动力学模型；吴飞跃等将汽油划分为饱和烃、烯烃、芳烃，建立了汽油改质九集总模型；刘福安等将汽油按照其PONA组成划分为正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、烯烃、芳烃，建立了FCC汽油改质的十集总动力学模型；吴青等将汽油按PONA组成划分为正构烷烃、异构烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃，建立了FCC汽油改质八集总动力学模型。
[0006]这些动力学模型都可以对产品的收率进行预测，但往往精度不高。这是由于汽油组成中的正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、烯烃、芳烃等组分，在裂化反应后，其组成均发生了显著的变化，对于异构烷烃和烯烃等易于反应的组分，其各分子含量都显著减少，对于反应活性较差的烷烃和芳烃，其C9以上大分子的含量会显著降低，C6
‑
C8的含量会显著升高。
[0007]由于汽油中的各组分，在裂解反应后发生了显著的变化，在建模时将其作为同一集总考虑，从反应机理上分析是不适宜的。
[0008]吴青等在八集总动力学模型的基础上，将汽油组成中的异构烷烃和烯烃分别按照碳数细分为C3+C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10+7个集总，建立了FCC汽油改质二十集总动力学模型；何金龙等按照PONA组成将汽油馏分划分为烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃，同时根据碳数的不同，将汽油烯烃分为C5、C6、C7、C8、C9+6个集总，建立了汽油催化裂解十六集总动力学模型；这种集总划分方法，一定程度上避免了上述问题，但是汽油产品中的烷烃、芳烃等组分仍与原料中的烷烃、芳烃视为相同组分，同时由于集总数目和反应个数的显著增多，模型参数的求解难度显著增加，且模型的预测精度未有明显改善，甚至会略有降低。
技术实现思路
[0009]为了解决现有的建模方法因将裂解后的轻烃与原料轻烃视为相同组分，而导致的模型预测精度不准确、求解难度显著增加的问题，本专利技术提供了一种轻烃催化裂解的动力学建模方法及装置，该建模方法将原料轻烃和裂解后轻烃划分成不同的集总，能够更好的体现反应规律、描述反应机理，精确的预测反应产品的分布。
[0010]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，包括以下步骤：
[0011]S1、按照集总动力学原理，对轻烃进行集总划分；
[0012]S2、根据催化裂解反应机理，建立轻烃催化裂解反应网络；
[0013]S3、根据轻烃催化裂解反应网络，建立轻烃催化裂解反应动力学模型；
[0014]S4、提出目标函数，并依据试验数据，应用最优化算法求解动力学模型参数，完成轻烃催化裂解的动力学模型建立；
[0015]所述S1中进行集总划分时，将催化裂解反应后的轻烃馏分作为汽油产品按照POA组分进行集总划分。
[0016]作为上述轻烃催化裂解的动力学建模方法的一种优化方案，所述催化裂解反应后的轻烃馏分包括裂化汽油饱和烃、裂化汽油烯烃和裂化汽油芳烃。
[0017]作为上述轻烃催化裂解的动力学建模方法的另一种优化方案，所述集总划分包括三个原料集总和十个产品集总，其中，原料集总为饱和烃集总、烯烃集总和芳烃集总，产品集总为乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总。
[0018]作为上述轻烃催化裂解的动力学建模方法的另一种优化方案，依据所述集总划分，建立轻烃催化裂解反应网络如下：
[0019]将汽油饱和烃集总分别与乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总和裂化汽油芳烃集总建立反应；
[0020]将汽油烯烃集总分别与乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总建立反应；
[0021]将汽油芳烃集总分别与乙烯集总、干气集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总建立反应；
[0022]将柴油集总分别与乙烯集总、干气集总和焦炭集总建立反应。
[0023]作为上述轻烃催化裂解的动力学建模方法的另一种优化方案，所述S3中建立轻烃催化裂解反应动力学模型的基本方程为：
[0024][0025]式中，a
i
表示第i集总的浓度，单位为molesi/g，P表示体系压力，R为气体常数，T表示体系温度，X＝x/H，表示床层中x截面处的无因次相对距离，H表示催化剂床层总长，S
WH
表示真实的重时空速，K为反应速率常数矩阵，a＝[a1,
…
,a
ni
]T
为集总组分浓度向量；表示催化剂生焦对活性的影响，且认为催化剂生焦速率仅是催化剂停留时间的
函数，t
c
为催化剂停留时间。
[0026]作为上述轻烃催化裂解的动力学建模方法的另一种优化方案，所述轻烃催化裂解反应动力学模型的基本方程由连续性方程和反应速率方程推导得出：
[0027]所述连续性方程为：
[0028][0029]所述反应速率方程为：
[0030][0031]式中，下标i表示集总组分，下标j表示第j个反应，ρ表示油气混合物密度，单位g/cm3，a
i
表示第i集总的浓度，单位molesi/g，t表示反应时间，G
v
表示油气横截面的质量流速，单位g/(cm2·
h)，x表示从提升管入口算起进入反应器的距离，R
i
表示第i集总的反应速率，n
r
表示反应个数，v
i,j
表示i集总在反应j中的化学计量系数，r
j
表示j反应的反应速率，k
j<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，包括以下步骤：S1、按照集总动力学原理，对轻烃进行集总划分；S2、根据催化裂解反应机理，建立轻烃催化裂解反应网络；S3、根据轻烃催化裂解反应网络，建立轻烃催化裂解反应动力学模型；S4、提出目标函数，并依据试验数据，应用最优化算法求解动力学模型参数，完成轻烃催化裂解的动力学模型建立；其特征在于：所述S1中进行集总划分时，将催化裂解反应后的轻烃馏分作为汽油产品按照POA组分进行集总划分。2.根据权利要求1所述的一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，其特征在于：所述催化裂解反应后的轻烃馏分包括裂化汽油饱和烃、裂化汽油烯烃和裂化汽油芳烃。3.根据权利要求1所述的一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，其特征在于：所述集总划分包括三个原料集总和十个产品集总，其中，原料集总为饱和烃集总、烯烃集总和芳烃集总，产品集总为乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总。4.根据权利要求3所述的一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，其特征在于，依据所述集总划分，建立轻烃催化裂解反应网络如下：将汽油饱和烃集总分别与乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总和裂化汽油芳烃集总建立反应；将汽油烯烃集总分别与乙烯集总、丙烯集总、丁烯集总、干气集总、液化气集总、裂化汽油饱和烃集总、裂化汽油烯烃集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总建立反应；将汽油芳烃集总分别与乙烯集总、干气集总、裂化汽油芳烃集总、柴油集总和焦炭集总建立反应；将柴油集总分别与乙烯集总、干气集总和焦炭集总建立反应。5.根据权利要求1所述的一种轻烃催化裂解的动力学建模方法，其特征在于，所述S3中建立轻烃催化裂解反应动力学模型的基本方程为：式中，a
i
表示第i集总的浓度，单位为molesi/g，P表示体系压力，R为气体常数，T表示体系温度，X＝x/H，表示床层中x截面处的无因次相对距离，H表示催化剂床层总长，S
WH
表示真实的重时空速，K为反应速率常数矩阵，a＝[a1,
…
,a
ni
]
T
为集总组分浓度向量；表示催化剂生焦对活性的影响，且认为催化剂生焦速率仅是催化剂停留时...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙世源，王龙延，孟凡东，闫鸿飞，杨鑫，王慧，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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