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《华东理工大学》 2012年
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MIP-CGP反应过程数学模型研究

段良伟  
【摘要】:催化裂化是石油加工中主要的重油加工工艺之一,在我国尤其如此。本世纪来,为应对社会环保要求的不断提高和石油资源的日趋匮乏,我国的炼油科技工作者们开发了一系列的催化裂化新技术、新工艺,使我国的催化裂化技术水平上了一个新的台阶。中石化北京石油化工科学研究院开发的MIP(Maximizing Iso-Paraffin)技术就是其中之一,不久为适应市场对丙烯等低碳烯烃日益增长的需求,又在此基础上发展了既能降低汽油烯烃又能多产丙烯的MIP-CGP(A MIP Process for Clean Gasoline and Propylene)工艺。为使该新技术在实际应用中更好的发挥作用使其更加完善和持续发展,本论文开展了MIP-CGP反应过程的数学模型研究。 本论文以中石油吉林石化新建的MIP-CGP装置为研究对象,在建立MIP-CGP反应过程的数学模型的研究中,主要进行了如下工作: 研究工作首先从文献调查开始,通过调查研究工作不仅加深了对催化裂化工艺的认识,而且从反应机理上进一步理解了MIP新技术的理念和FCC、MIP、MIP-CGP三者之间的关系;本研究文献调查的最大特点是现场调查,通过对国内MIP-CGP装置特别是吉林石化新建的MIP-CGP装置的实地调查不仅对该过程有了更进一步的理性甚至感性认识,而且还采集了大量的第一线资料和工艺实测数据,为本研究打下了良好的基础。在综合了文献调查的结果后,本研究决定对MIP-CGP反应过程数学模型研究,以吉林石化MIP-CGP装置的工业实测数据为基础,反应动力学模型类型为集总反应动力学模型。 通过对MIP-CGP反应机理的分析,并综合考虑了工厂的实际条件和数据来源的可行性及满足应用的需要等因素,本研究将MIP-CGP反应物系划分为:原料油三个集总(饱和烃、芳香烃、胶质+沥青质),汽油三个集总(饱和烃、烯烃、芳香烃)柴油、液化气、气体、焦炭分别单独集总(共四个集总)总共十个集总。并根据MIP-CGP的反应机理构建了十集总反应网络。在考虑了催化剂是失活重芳烃吸附碱氮中毒等影响因素的情况下,建立了MIP-CGP十集总反应动力学模型。 MIP-CGP十集总反应动力学模型共含有84个动力学参数,为避免传统的求取动力学参数时所采用的一步法,因单次估算参数过多而易产生多解和采用分层测定法则实验工作量又大且繁琐的问题,本研究运用分步估计法;并同时在参数估计方法上采用了新型的智能优化算法—遗传算法,克服了传统优化算法初值依赖性高、收敛过程较慢等缺点,可快速准确地在给定的参数范围内寻优。两者的结合成功的完成了MIP-CGP十集总反应动力学模型全部动力学参数的估算。 在解决了数学模型的重要组成部分,反应动力学模型的建立后,接着本研究进行另一组成部分—传递模型的建立。因缺乏冷模试验的条件,本研究尝试创新:在对MIP-CGP提升管反应器两个反应区的流体流动状况进行深入详细的定性分析的基础上,及根据了两个反应区流动情况不同的特点,认为必须将两个反应区分别建模,并假设了三种可能的流动模型,然后采用吉林石化MIP-CGP装置的实测数据(共9组),分别对假设的三种模型进行计算,看其最后的拟合情况如何,根据拟合误差的大小,来决定模型的优劣。本研究对计算结果及误差大小的可能原因进行了讨论分析,最后确定MIP-CGP提升管反应器的流体流动模型是一反区非等温平推流十二反区非等温平推流。完成了MIP-CGP反应过程数学模型的建立。 接着本研究对所建的MIP-CGP反应过程数学模型,进行了一系列的验证计算、预测计算和优化计算,一方面是对模型的可靠性、外推性、应用性进行考察,另一方面也为了模型以后能在实际中真正发挥作用。 验证计算的内容由两部分组成:对吉林石化MIP-CGP装置和对安庆石化的MIP-CGP装置。结果表明:前者的验证计算误差很小,说明对同一装置的外推性很好;但后者的验证计算误差不如前者,说明误差主要来自于传递因素,将本研究所建的MIP-CGP反应过程数学模型外推到其它同类装置应用时,必须要考虑设装置因数。 预测计算的内容也由两部分组成:对吉林石化MIP-CGP装置不同操作条件(一反区反应温度、二反区反应温度、剂油比)的预测计算,并将计算结果作图,结果表明这些操作条件对产物分布的影响符合反应规律,而且还可从图中找到要满足所要求的产物分布应采用的操作条件;以吉林石化MIP-CGP装置提升管反应器为对象,对MIP-CGP技术的核心—提升管的扩径位置进行了计算,将计算结果作图后,不仅清晰的可见随着提升管扩径位置的变化,产物分布、汽油烯烃含量的变化,同时还可对扩径位置的合理性作出分析和判断。 最后,本文对吉林石化MIP-CGP装置的某一工况,运用所建的数学模型进行了优化计算,计算结果表明:通过适当提高剂油比和二反区催化剂藏量即可使汽油产率比原工况提高1.86%(达到40%),汽油烯烃含量下降0.9%(达到29.4%),从而满足了公司对MIP-CGP装置的指标要求(汽油产率40%;汽油烯烃含量30%)。 从以上的研究内容可知,本文以吉林石化MIP-CGP装置为研究对象,以该装置的实测数据为研究基础,故本研究针对性强,目的性明确,研究方法富有新意、切合实际,具有较高的应用价值。研究成果除了可为吉林石化MIP-CGP装置的优化提供直接指导外,对其它MIP-CGP装置也具有重要的参考价值和借鉴作用。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TE624.43;O242.1

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【引证文献】
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