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《清华大学》 2005年
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石脑油裂解炉建模技术研究

胡益锋  
【摘要】:裂解装置是石化行业中生产能力最高、能耗也最大的装置之一,是乙烯、丙烯等石化基础原料的主要来源。石脑油是其重要的裂解原料,随着科学技术的发展和人类需求的提高,对石脑油裂解炉的研究日益受到重视。本文对石脑油裂解炉的建模及其在线应用、优化技术等方面展开研究,取得了一系列成果: (1)建立了石脑油裂解炉在线仿真模型,突破了以前各种模型仅用于离线仿真的局限。提出了一种基于工业测量的石脑油常规物性数据快速估算石脑油详细组成的算法,进而可以求取石脑油的平均分子式和生成热、比热容等重要平均物性参数;设计了一种随机搜索算法,实现了分子反应动力学网络一次反应选择性系数的自寻优;通过在线采集实时数据库工况数据实现分子动力学模型的在线应用,可实时预测主要裂解产物收率和裂解深度。为过程操作优化奠定了基础。 (2)建立了实用的石脑油裂解过程自由基机理模型。根据自由基理论,推导构建了符合我国石脑油原料特征的石脑油裂解反应过程自由基反应网络,引入拟稳态法和简化策略,建立了简化的石脑油裂解过程机理模型,实现了自由基网络的快速有效求解。模型仿真结果与标定结果吻合良好。结合本文提出的石脑油组成估算方法,可以方便地实现模型的在线应用,具有较强的外推性。 (3)提出了石脑油裂解炉的在线操作优化构想,建立了石脑油裂解炉过程优化模型,提出了由类有限元法和随机搜索算法组成的两阶段优化计算方法,研究了裂解炉的实时操作优化,通过对典型操作工况进行操作优化计算,可以提高经济效益 8.13%。研究结果表明,石脑油裂解炉具有较大的优化潜力。论文还设计了石脑油裂解炉的在线优化实施方案。 (4)本文提出的石脑油组成估算方法具有较强的外推性。通过增删混合物中包含的物质种类,可以用于估算轻质油和重质油的详细组成。对重柴油和加氢尾油等重型原料,通过添加部分虚拟组分,也可以求出其大体质量分布,为后续研究重质原料的裂解模型打下了基础。 (5)建立了石脑油裂解炉的传热动态模型。基于无反应的纯加热管传热动态模型和裂解反应的机理模型,建立了石脑油裂解炉传热过程动态模型,该模型对原料和操作条件变化均具有较强的外推性。求取了裂解炉系统对各种操作参数扰动的过渡过程传递函数,为进一步进行控制策略研究提供了依据。
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