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渣油加氢—催化裂化组合工艺反应动力学模型研究

许先焜  
【摘要】: 随着国民经济的持续快速增长,我国的原油进口量逐年递增,含硫原油的加工工艺也随之快速发展。我国第一套拥有自主知识产权的中石化茂名分公司200万t/a渣油加氢处理装置(S-RHT)就是一个典型代表。该装置于1999年底建成并与茂名石化3#催化裂化装置组成组合工艺,使含硫渣油转化为高质量的轻质油品,成为我国加工含硫渣油的范例。本论文以该组合工艺为研究对象,建立其反应动力学模型,为该组合工艺的优化提供指导。 由于渣油加氢-催化裂化组合工艺包含的反应十分复杂,在深入分析其反应机理的基础上,本论文对该组合工艺采取了分步建模,可分可合的研究方法使模型建立过程得到合理简化,能满足不同应用的需要,整个建模过程创新性强。 1.根据渣油加氢处理过程主要包括加氢精制和加氢裂化两大反应的特点,首先建立了以脱镍率、脱钒率、脱硫率、脱氮率和脱残炭率为预测目标的加氢精制反应动力学模型。将5个杂质脱除率一起建模及同时考虑催化剂的时变失活因素是该模型的创新点所在。验证结果表明,该精制模型的5个杂质脱除率总的相对平均误差仅为5.55%。 2.根据工业装置实测数据的实际条件,建立以预测加氢渣油四组分和收率为主要目标的渣油加氢裂化六集总反应动力学模型,同样验证结果表明,拟合性能较好,为组合工艺模型的建立打下良好的基础。 3.加氢渣油催化裂化集总动力学模型的建立: ①考虑到工业装置数据分析的条件及与渣油加氢处理过程的衔接,本模型采用以原料加氢渣油的四组分分析为基础进行集总; ②为满足模型既能预测产物分布,又能预测主要产品的性质的要求,建立了加氢渣油十四集总催化裂化反应动力学模型,该模型能预测加氢渣油催化裂化产品:柴油、汽油、液化气、气体+焦炭的产率,又能预测主要产品组成:柴油和汽油的烷烃、环烷烃、烯烃、芳烃及液化气的烷烃、烯烃含量。验证结果表明,预测产品分布的平均相对误差3.0%,预测重要产品性质(汽油烯烃、柴油芳烃、液化气烯烃)的平均相对误差2.0%; ③采用分步确定的方法,成功解决了求取134个动力学参数的难题,从预测结果可见该方法合理可靠; ④在建立催化裂化十四集总反应动力学模型的同时,又建立了催化裂化七集总反应动力学模型(预测产品分布)、两种十集总反应动力学模型(预测产品分布和柴油烃族组成或汽油烃族组成)和八集总反应动力学模型(预测产品分布和液化气烯烃烷烃组成),预测精度与十四集总模型相当,它们可分可合,可满足不同应用的需要,使模型更加灵活。 4.在成功建立了渣油加氢精制、渣油加氢裂化、催化裂化反应动力学模型后,将以上模型有机结合,建立了渣油加氢-催化裂化组合工艺反应动力学模型,求取了模型参数,并对以渣油为原料预测组合工艺的产品分布和主要产品性质进行了验证计算及将组合工艺模型与相应的单个模型的计算结果进行了比较,结果表明组合工艺模型的预测精度与单个模型相当,说明本文研究思路正确,组合工艺模型具有良好的预测能力。 本研究数据全部来自茂名石化渣油加氢-催化裂化组合工艺装置实测数据,研究结果不仅对组合工艺装置的优化具有直接指导意义,且本研究模块式的整个建模过程,也为组合工艺的反应动力学研究树立了一个范例,具有较高的学术价值和应用价值。


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