重质裂解原料蒸汽热裂解10集总动力学模型的研究

论文摘要

乙烯是石油化工产业最重要的基础原料之一。目前,国内乙烯原料资源匮乏成为制约我国乙烯工业发展的瓶颈。如何降低乙烯生产成本、提高石油化工产品市场竞争力成为我国乙烯行业亟待解决的课题。重质裂解原料的开发和利用成为解决这一问题的一个方向。本文对大庆重石脑油蒸汽热裂解8集总动力学模型存在的问题和集总动力学建立方法进行了分析,并通过改进,建立了10集总动力学模型。首先,利用自建的小型蒸汽热裂解实验装置,对大庆重石脑油进行了蒸汽热裂解实验,在不同的操作条件下共得到80组实验数据;通过分析证明实验数据符合裂解规律,可以用作动力学参数回归的基础实验数据。其次,考虑到大庆重石脑油正构和异构烷烃、五元和六元环烷烃裂解特性差异较大的特点,建立了将重石脑油划分为4个原料集总和6个产物集总的10集总动力学模型,并给出了相应的反应网络图和物料平衡表达式;采用分层法和分步法相结合的方法求取反应速率常数,利用Matlab语言采用Marquardt++法编写和调试了10集总模型参数的求解程序,进一步回归得到了各反应的活化能和指前因子。由于10集总模型反应数目较多,故将反应分为上层（原料层）和下层（产物层）。上层采用分步法求取正构烷烃、异构烷烃、五元环烷烃和六元环烷烃4个原料集总的反应速率常数;下层的计算引入了浅度裂解的概念,用实验结合模拟计算的方法得到了下层原料的组成,并进一步求取了下层原料的反应速率常数、活化能和指前因子。将10集总模型与8集总模型进行了比较,通过对实验值与计算值误差的分析可知,10集总模型各个集总的计算值的绝对误差在0.5以内的占98%;相对误差在10%以内的占95%,在5%以内的占90%;计算结果明显比8集总模型的计算精度高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 蒸汽裂解制乙烯反应综合工艺数学模型
• 1.1.1 裂解反应动力学模型
• 1.1.2 流体流动模型
• 1.1.3 传热模型
• 1.1.4 质量传递模型
• 1.1.5 燃烧模型
• 1.1.6 结焦模型
• 1.2 裂解反应动力学模型
• 1.2.1 经验模型
• 1.2.2 自由基机理模型
• 1.2.3 分子反应模型
• 1.3 集总动力学模型
• 1.3.1 集总方法在复杂反应体系中的应用
• 1.3.2 集总动力学模型的建立方法
• 1.3.3 Marquardt++法介绍
• 1.4 研究内容
• 第二章 重石脑油裂解实验
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验操作条件
• 2.4 实验的总体操作流程
• 2.5 实验数据的处理方法
• 2.6 选定裂解温度范围
• 2.7 实验结果
• 2.8 浅度裂解“实验”
• 第三章 重石脑油裂解反应规律的研究
• 3.1 裂解温度的影响
• 3.2 停留时间的影响
• 3.3 汽烃比的影响
• 3.4 温度和停留时间对乙烯集总产率影响的对比分析
• 3.5 温度和气烃比对乙烯集总产率影响的对比分析
• 第四章 10 集总动力学模型
• 4.1 集总的划分和反应途径的确定
• 4.2 集总动力学模型中物料平衡方程式的推导
• 4.3 10 集总动力学模型参数的求解
• 4.3.1 反应速率常数的分层及分步求取方法
• 4.3.2 活化能和指前因子的求取
• 4.3.3 10 集总模型动力学参数数据分析
• 4.4 10 集总模型与8 集总模型的比较
• 4.5 10 集总模型的初步预测
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 大摘要