加氢尾油裂解集总动力学模型的研究

作者:张红梅;尹云华;张永军;郭小强;邵艳波 刊名:炼油与化工 上传者:赵丹

【摘要】用集总的方法,对大庆化工研究中心模拟裂解装置得到的27次实验数据进行了分析,建立了5个反应的集总动力学物理模型。并根据上述实验数据,用Marquardt++法编写的Matlab语言程序进行了优化计算,求得了该加氢尾油的反应速度常数、指前因子和活化能。将模型计算结果与实验数据进行了对比,结果表明:该模型能较好地描述加氢尾油的裂解规律,可为重质油裂解提供计算机模拟数据。

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随着乙烯需求的不断增长,裂解原料逐渐出现了相对短缺现象。工业实践表明,有些比石脑油更重的柴油、加氢尾油等重质裂解原料也具有良好的裂解性能,因此评价裂解原料不应只看其轻重[1~4]。通过建立通用性的裂解工艺数学模型是适应目前裂解原料频繁变化带来的优化问题的快捷方法,而各种原料的裂解动力学模型是工艺模型的关键。目前关于裂解动力学的研究,对轻质原料研究的较多,而对于像加氢尾油这样的组成不能清楚分割的重质原料,一般采用将原料看成1个平均分子的方法,建立1次反应式,但该方法对不同的原料有不同的反应系数,不具有通用性[5,6]。1实验部分1.1实验装置大庆化工研究中心的蒸汽热裂解模拟装置流程见图1。1.2实验原料实验采用大庆石化公司的加氢尾油,其族组成分析见表1,馏程分析见表2。1.3实验步骤(1)点击温度分布阶段的启动键,打通去离子水去裂解炉管流程,按下水计量泵开关,实现水进料。(2)温度调整约120s后,按照工艺条件进行油进料。(3)裂解炉管各部位温度和系统压力均已达到设定要求时,点击预实验开始键,同时开启现场的一冷、二冷凝液去焦油罐的阀门,检查各部位温度、压力和流量是否正常。(4)实验进行300s后,放出水冷器和半导体12345678910111213141516171819201-油计量罐;2-原料油泵;3-蒸汽、水;4-油高位槽;5-油电子秤;6-油计量泵;7-水泵;8-水高位槽;9-水电子秤;10-水计量泵;11-压缩空气;12-裂解炉;13-急冷器;14-第1水冷器;15-第2水冷器;16-焦油罐;17-下水;18-水封瓶;19-湿式流量计;20-裂解气图1大庆化工研究中心蒸汽热裂解模拟实验装置工艺流程致冷器中的凝液,点击实验开始按钮,水冷器后的三通阀自动切换,同时关闭水冷器底部去焦油罐的阀门,并记录湿式流量计的读数。(5)实验时(总时间为2400s),每间隔800s取1次裂解气样,同时点击实验过程中的记录键。(6)当三通阀切换后,实验结束,记录湿式流量计累积读数,放出冰冷凝焦油和水冷焦油并称量记录。1.4裂解产物分析方法实验产物有裂解气、水冷焦油和冰冷焦油,分析过程分3步。(1)实验中采集到的裂解气,采用HP-6890气相色谱进行分析,可得到裂解气的单体烃组成。(2)实验后所得的冰冷焦油采用SP-2100液相色谱进行分析,对产物中的苯、甲苯、乙苯、对二甲苯(p-x)、邻二甲苯(o-x)、邻二甲苯(m-x)进行分析。(3)水冷焦油称取40~45g进行常压蒸馏,得到小于180裂解汽油和大于180的裂解焦油。1.5集总划分方法考虑到原料和产品常规分析方法、加氢尾油裂解产物的分布特点及Marqudart++法回归优化的难易程度等因素,建立了集总动力学模型。由Marqudart++法回归优化程序得知,原料集总多不容易收敛,因此加氢尾油原料用1个集总表示;由于裂解过程的目的产物主要集中在C4以下,因此将C4以上的油品扣除原料后,当作焦油;C4以下的气体,根据动力学差别分为C3C4集总和C1C2集总(包括H2);乙烯由于是最重要的产品,单独作为1个集总;这样就可将加氢尾油划分为5个集总。并由此得到反应网络,见图2。2实验结果与分析分别在温度为770、790、810,停留时间为0.15s、0.20s、0.25s,汽烃比为0.6、0.7、0.8的范围内进行了实验,实验采用全面搭配的方法。2.1实验结果实验结果见表3。2.2集总动力学参数的求取用Marquardt++法[7,8]编写了Matlab语言程序对大庆加氢尾油裂解实验数据进行了优化计算,得到5个反应速率

参考文献

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