本发明专利技术涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙烯的分子反应动力学模型-Kumar分子反应动力学模型的调整与参数优化方法，属于乙烯裂解炉流程模拟与生产操作优化工程领域。针对不同石脑油特性组成、炉型结构和操作条件，利用混沌优化方法自适应调节反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调，提高反应模型对不同石脑油的适应性和过程模型的准确性，同时提供了一个实现本发明专利技术的软件系统。该方法能够根据不同石脑油特性自动调整Kumar模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，可根据不同炉型结构和操作条件准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙烯的分子反应动力学模型-Kumar分子反应动力学模型的调整与参数优化方法，属于乙烯裂解炉流程模拟与生产操作优化工程领域。针对不同石脑油特性组成、炉型结构和操作条件，利用混沌优化方法自适应调节反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调，提高反应模型对不同石脑油的适应性和过程模型的准确性，同时提供了一个实现本专利技术的软件系统。该方法能够根据不同石脑油特性自动调整Kumar模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，可根据不同炉型结构和操作条件准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布。【专利说明】
本专利技术涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙烯的分子反应动力学模型-Kumar分子反应动力学模型的调整与参数优化方法，针对不同石脑油特性组成自适应调节分子反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，提高模型对不同石脑油高温裂解的适应性和裂解过程模型的准确性。
技术介绍
乙烯作为基本的有机化工原料和工业生产中活跃的中间媒介，享有“石油化工之母”的荣誉称号。制取乙烯的方法有很多，其中以蒸汽热裂解技术发展最充分，使用也较广泛。全世界有超过95%的乙烯和60%左右的丙烯都产自于蒸汽裂解过程，蒸汽是用来降低烃分压，达到增加烯烃选择性、减少炉管结焦、保护炉管、稳定裂解温度与脱除结炭的多重目标。利用结构相对简单的管式炉实现蒸汽热裂解，其技术成熟、运行稳定性较好、烯烃收率也较高。裂解炉系统包括裂解炉、急冷换热器、汽包等，反应所需热量由安装在裂解炉辐射段侧管壁和底部的外部燃气嘴提供。全球范围内大型裂解炉主要有:ABB Lummus公司的SRT型裂解炉；荷兰KTI公司的GK型裂解炉；S&W公司的USC型裂解炉；Linde公司的Pyrocrack型裂解炉；中国石化自主研发的CBL型裂解炉；以及中国石化和ABB Lummus公司合作开发的SL型裂解炉等类型。在乙烯生产中，原料占总成本的比例可达60%-80%左右，采用什么原料裂解制取乙烯，不仅决定着装置的物耗、能耗与产业成本的高低，也决定着下游产品的成本、种类、产量与综合利用情况。石脑油是目前为止最重要的裂解原料，在全世界乙烯生产原料中占有一半以上的比例。应用较多的分子反应动力学模型，当属1985年Kumar和Kunzru经过石脑油裂解实验提出的详细反应模型，模拟结果与实验数据的误差较小，且符合实际的乙烯生产情况。该模型能在较宽的裂解装置或操作条件下较准确地对乙烯裂解过程进行仿真，还可模拟结焦过程，也可延伸实现煤油与柴油 的裂解模拟。不同原料，化学结构(包括碳原子数)的不同，会导致裂解性能和产物收率的差异。裂解原料的特性通常使用族组成或芳烃关联指数，馏程或称沸程，相对密度dgg等重要参数来关联和衡量。族组成PONA值，包括链烷烃Paraffin、烯烃Olef in、环烧烃Naphthene和芳香烃Aromatics,被认为是原料烃的四大类物质组成。四类物质的裂解性能高低排列为:P > N > O > A。其中，正构链烷烃n-P有利于生成乙烯，异构型1-Ρ则易生成丙烯、芳香烃和丁烯。Aromatics很不易裂解，易产生缩合反应，含量高时会造成装置结焦和积炭，一般被认为是主要的结焦母体。所以如果原料中A> 10%，则不适合用作乙烯裂解原料。裂解性能良好的石脑油应具有这样的特性:高石蜡基(即P >65% -70% )、低芳香基(A > 10% )，尽可能少的烯烃含量(O > 1% )，较轻的馏分(密度< 0.7，干点< 180°C，最高 2000C )。Kumar模型由一个一次反应方程式和二十一个二次反应方程式式组成，其对外公布的详细反应过程与动力学参数如表1所示。表1石脑油裂解的Kumar动力学模型【权利要求】1.，其特征在于，针对管式高温蒸汽裂解石脑油Kumar分子反应动力学模型，提出一种混沌优化方法自适应优化调节Kumar反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调的调整原则和解决方案，针对不同石脑油特性组成自动调整Kumar分子反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，在优化调整模型的基础上，根据不同炉型结构和操作条件，准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布，同时提供了一个实现本专利技术的软件系统。2.根据权利要求1所述管式高温蒸汽裂解石脑油，其特征在于，所述用于裂解石脑油的乙烯裂解炉为一种管式结构，裂解原料为石脑油，采用高温蒸汽裂解方式。3.根据权利要求1所述一种混沌优化方法，其特征在于，所述混沌优化方法采用帐篷映射作为混沌序列来优化迭代步长，调整Kumar反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，帐篷映射的结构如式(1)所示，混沌序列迭代步长的优化式为 4.根据权利要求1所述一次选择性系数调整原则，其特征在于，所述一次反应选择性系数的调整原则包括①碳氢元素守恒，是一次选择性系数调整过程中首先考虑的因素；②产物收率误差最小化，即反应产物的模型理论值与实际值之间的误差最小；③系数合理化，经过调整的系数不过于偏离Kumar模型的初始值，即= ;将调整原则算式化，得到系数调整算法的目标函数如式(2)与⑶所示， 5.根据权利要求1所述优化调整解决方案，其特征在于，所述一种混沌优化方法进行Kumar分子动力学模型的一次性选择性系统调整和二次反应动力学参数微调的优化调整策略。6.根据权利要求1所述不同炉型结构，其特征在于，所述炉型结构包括CBL型、GK-V型、SW型以及SRT-1V-HS/SRT-V型裂解炉结构。7.根据权利要求1所述一个实现本专利技术的软件系统，其特征在于，基于一种混沌优化方法自适应调节Kumar分子反应动力学模型参数的优化调整原则与解决方案为核心程序的石脑油高温蒸汽裂解建模软件系统。8.根据权利要求5所述一种混沌优化方法进行Kumar分子动力学模型的一次性选择性系统调整，其特征在于，一次反应的选择性系数调整过程如下:①初始化，首先将原始Kumar分子反应模型的一次系数％作为算法初始值，随机产生迭代步长ζ i的初始值；②误差计算，将系数代入裂解模型，计算得到相对误差值REh与REyi ;③参数优化，将模型计算结果1?#代入式 9.根据权利要求5所述二次反应动力学参数微调策略,其特征在于,所述二次反应动力学参数活化能与频率因子微调过程如下:①优化判断，如果氢平衡的相对误差REh的绝对值超过了 I %，则加入动力学参数的二次混沌优化，若模型精度达到相对理想要求，则不再对动力学参数做调整；②新增变量，在一次选择性系数混沌优化程序中，被优化的变量除了 10个选择性系数外，在其后增加两个针对动力学参数活化能与频率因子的调整公式 【文档编号】G06F17/50GK103678734SQ201210325857【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月6日 优先权日:2012年9月6日 【专利技术者】耿志强, 夏立荣, 崔芸菲 申请人:北京化工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法，其特征在于，针对管式高温蒸汽裂解石脑油Kumar分子反应动力学模型，提出一种混沌优化方法自适应优化调节Kumar反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调的调整原则和解决方案，针对不同石脑油特性组成自动调整Kumar分子反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，在优化调整模型的基础上，根据不同炉型结构和操作条件，准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布，同时提供了一个实现本专利技术的软件系统。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿志强，夏立荣，崔芸菲，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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