基于结构导向集总的FCC汽油催化裂解分子尺度动力学模型

利用结构导向集总模型构造烃分子和编制反应网络,并结合Monte Carlo模拟方法,建立了催化裂化（FCC）汽油催化裂解反应的分子尺度动力学模型。结构导向集总模型选用7个分子结构片段表示催化汽油中的分子,生成2000个共计92种烃类分子代表催化汽油原料组成。模型选取催化汽油中含量较多的11种单体烃作为模型化合物研究其催化裂解反应行为,并以此为依据制定反应规则,求取模型所需反应速率常数。模拟结果表明,应用结构导向集总模型和Monte Carlo模拟方法进行催化裂解分子尺度动力学建模是可行的,能对多种反应产物的产率进行预测。模拟值和实验结果符合良好,相对误差基本在10%以内。模型对延长反应时间后的产品收率有一定的预测能力。     

催化裂解过程分子尺度反应动力学模型研究

以工业数据为基础,运用结构导向集总方法来构造烃分子,对催化裂解原料油进行了分子尺度上的Monte Carlo模拟.在深入研究催化裂解反应机理的基础上,以原料油模拟产生的分子矩阵作为反应物分子,将结构导向集总方法与Monte Carlo方法相结合,建立了催化裂解过程分子尺度的反应动力学模型.结果表明:Monte Carlo方法可以在分子尺度上实现对催化裂解原料较好的模拟,产品产率和汽油组成与实际值能较好地拟合.且随着虚拟分子数的增加,对原料油性质和反应结果的模拟计算精度提高;模型具有较好的适应性和外推性.     

裂解反应动力学模型研究概况

裂解反应动力学模型是裂解炉模拟的核心,其准确性直接影响裂解产物预测的准确性以及裂解炉先进控制水平,最终影响乙烯生产的成本.裂解反应动力学模型分为经验模型、分子反应模型和机理模型.分别介绍了三种模型的主要方法和优缺点,指出各类模型的应用方向.同时介绍了裂解反应模型未来研究方向.把裂解反应动力学模型和CFD模型结合进行模拟,计算结果的准确度将得到较大的提高,将为乙烯裂解炉的精确控制提供强有力的参考.     

烃类热裂解动力学模型研究局限性及对策

通过对目前已有的热裂解制乙烯动力学模型准确度不高、不能适应工业生产原料预测精度要求及深层次原因的剖析,指出了烃类热裂解集总模型和分子模型等应用时不易外推的主要原因是建立这些模型时仅仅依靠原料组成和产物分析的数据,而忽略了复杂自由基反应网络的反应机理研究,而自由基反应规律才是影响模型准确性的最本质因素。提出了分子模拟和工艺过程模拟的理论方法与实验方法相结合的研究思路,并通过将模拟计算数据与文献中的实验或计算数据及已有裂解规律综合进行对比分析的方法。该方法克服了纯实验研究结果误差大、研究进展缓慢的缺点,同时克服理论研究经常与实验数据不符、不易被人接受的缺点,从而较准确、快速地研究烃类热裂解的自由基反应机理。     

炼油行业集总动力学模型的发展及模型展望

阐述了炼油行业中催化裂化和催化裂解集总反应动力学模型的研究状况。详细介绍了集总的划分原则、反应网络的确立依据、数学模型的建立前提、数学模型的求解方法和步骤、模型验证,以及动力学模型在操作条件优化与反应器模拟等方面的应用。最后,通过对蒸汽裂解、催化重整、加氢裂化和延迟焦化等反应过程动力学模型的分析,展望了炼油行业反应动力学模型,指出集总反应动力学模型具有一定的局限性,分子水平反应动力学模型可以从反应机理出发研究各种因素对化学反应速率的影响。     

分子尺度反应动力学模型构建在催化裂化/裂解过程中的应用进展

随着环保法规的日益严格和成品油质量标准的持续升级,对催化裂化/裂解过程的产品要求和控制逐渐精细到分子级别,可靠的分子尺度反应动力学模型是实现催化裂化/裂解过程分子管理的关键所在。本文简述了催化裂化/裂解的反应机理和反应类型,回顾了近三十年来不同方法对催化裂化/裂解过程反应网络和分子尺度反应动力学模型构建的研究进展。重点对不同模型构建技术的优缺点进行了详细的对比分析,指出了催化裂化/裂解过程分子尺度反应动力学模型构建的研究方向：开发更为精细的石油分子分析表征技术,构建与催化剂失活和反应器模型相结合的分子尺度反应动力学模型,实现基于分子管理的催化裂化/裂解过程反应器设计和工艺工程放大。此外,指出建立对分子集构建、反应网络构建和动力学参数求解的集成化平台是分子尺度反应动力学发展的必然趋势。     

蒎烷氧化反应机理及动力学研究

分别推导了单分子退化支化引发和双分子退化支化引发时的动力学模型，并根据实验数据对两种模型进行了分析。结果表明：在蒎烷氧化反应中，认为单分子退化支化引发为主的模型假设是合理的，根据这一机理，建立了相应的动力学模型，并由实验得到了相关的动力学参数。     

异丁烷热裂解反应机理的分子模拟

用分子模拟方法对异丁烷的热裂解反应机理进行了研究,建立了可能的反应路径,为了确定每个反应发生的可能性和难易程度,对各个基元反应做了热力学和动力学的计算。结果表明,其热裂解反应的速率控制步骤为异丁烷分子中C-C键断裂生成CH₃自由基和em-C₃H₇自由基的反应,动力学上最支持生成丙烯的反应路径,目的产物中丙烯与异丁烯的比例为1.40:1,与实验值较接近。     

小分子烃类蒸汽热裂解自由基机理模型研究方法的探讨

由于热裂解存在反应时间短、自由基数量多、浓度小,且不同原料产生的不同自由基之间、反应深度较大时管壁处于高温和停留时间所生成的不同自由基与主流体间的相互作用会随时改变反应路径,并影响到产物分布,因此造成了用实验方法研究单体烃热裂解反应机理的困难。将Materials Studio软件与Aspen Plus软件相结合来研究单体烃热裂解的自由基反应机理,并通过对乙烷热裂解一次反应机理、乙烷和丙烷混合热裂解相互作用机理、动力学数据准确性对比及正已烷空间位阻的影响,对研究方法进行了论述。结果表明,数值模拟的理论方法与实验方法相比,可以深入了解实验研究不可能达到的一些机理细节问题,如果将实验研究和模拟研究相结合,可避免目前动力学模型研究中的各种假设,提高机理模型研究的准确性,为工业生产预测提供高精度的机理模型。     

烃类蒸汽热裂解动力学模型的现状与对策

综述了已有烃类蒸汽热裂解动力学模型,指出经验模型、集总模型和分子模型在实际应用时不易外推的原因。自由基机理模型所包含的各基元反应独立于原料、裂解装置以及裂解的工艺条件之外,决定了它具有良好的适应性和外延性,是用于描述烃类热裂解的理想模型。传统的用"假设在反应达到稳态时各自由基产生和消失的速度相等"来研究烃类热裂解自由基反应机理的方法存在较多的任意性和人为因素,造成了计算结果的局限性,影响了烃类热裂解机理的研究。利用分子模拟技术和工艺模型相结合建立适合烃类蒸汽热裂解自由基反应的模拟方法,克服了纯实验研究结果误差大、研究进展缓慢的缺点,可较准确、快速地研究烃类热裂解的自由基反应机理。     

管式裂解炉二维工艺模型研究新进展及应用

在对目前裂解炉管的模拟研究现状进行总结的基础上,指出了二维模型研究的必要性,并将已有二维模型的构成、动力学模型的进展、不同计算方法和计算结果进行了讨论,最后指出裂解炉的模拟应和其他技术结合起来,充分利用我国工厂数据、试验炉数据和模拟软件计算结果,进行联合攻关,为裂解炉的设计、生产、原料预测提供有力的支持。     

Kinetic study of Chinese biomass slow pyrolysis: Comparison of different kinetic models

The slow pyrolysis of six Chinese biomasses was studied by thermogravimetric experiments. Non-linear square fitting method is used to calculate DTG data. The analysis results show that it is not possible to exactly represent the biomass pyrolysis by a one-step model with different mechanisms. Thus, three-pseudocomponent models were used to simulate the biomass pyrolysis. It was found that the three-pseudocomponent model with n-order kinetics (model II) is more accurate than the model with first-order kinetics (model I). Activation energies of three-pseudocomponents in model II are bigger than the values in model I. It is shown that model II yields the best simulation results, especially with respect to describe accurately the pyrolysis of the first pseudocomponent (hemicellulose) and the last one (lignin). Nevertheless, with regard to a practical utilization, the three-pseudocomponent model with a reaction order of one could be used, because the accuracy to represent biomass pyrolysis is high enough. Unrealistic high values of the reaction order are avoided, and thus this model is more realistic with respect to the chemical interpretation of the reaction order.     

废聚苯乙烯裂解回收苯乙烯研究进展

对近年来国内外废聚苯乙(烯PS)的化学解聚制备苯乙烯单体的方法与工艺研究进展进行了综述,指出催化裂解是废PS裂解回收苯乙烯单体的有效途径,并对碱性中孔分子筛催化PS裂解进行了分析与展望,认为碱性中孔分子筛有望成为废PS裂解回收苯乙烯单体的有效催化剂,建议今后应在改善中孔分子筛催化剂的稳定性及酸碱性方面做进一步研究。     

木质素类生物质催化热解制备精细化学品研究进展

能源和环境是当今世界的两大挑战,将生物质转化为燃料和化学品是应对该挑战的低碳方案。其中,催化热解木质素获得燃料和化学品是低碳方案的重要部分。本文以能源和环境问题为出发点,阐述了木质素催化热解制备燃料和化学品的可行性和必要性,并对催化裂解行为、催化裂解过程和催化产物等方面的国内外研究现状进行了系统介绍。文章首先对木质素的结构和转化过程进行了概述;然后从催化热解行为、催化热解产物以及催化剂的研究现状等方面进行了系统阐述,并对现有的催化木质素热解过程的机理研究进行了讨论。通过对木质素催化热解制备燃料和化学品的发展前景、技术瓶颈以及逻辑方面进行评估表明,木质素转化为燃料和化学品过程中提高产品的产率和能量效率是今后的总体目标,而原料供给和生产、催化剂开发、产品分离纯化、反应机理和动力学以及计算模拟等方面将是深入研究木质素高效利用的重要研究内容。     

流化床粉煤气体热载体快速热解反应器的计算

在冷态模拟实验和煤热解动力学计算的基础上,对粉煤气体热载体快速热解提升管反应器的高度进行了计算。利用高速摄像粒子测速法结合互相关算法研究了不同气体流量和不同颗粒粒径时固体颗粒在热解提升管中的运动速度,通过求解神府煤热解动力学方程,得到了不同粒径神府煤颗粒热解挥发分析出的时间,从而确定了快速热解提升管反应器的高度。研究结果表明:当气体流量在850 m3/h,粉煤的粒径主要集中在0.7—3.0 mm时,提升管的高度应选择在10.0 m。     

石脑油裂解装置建模与仿真技术

裂解装置提供了石化行业大部分基础原料，石脑油是目前国内外重要的裂解原料。对石脑油裂解反应过程、结焦过程和裂解炉辐射段的建模与仿真进行了综述：目前对分子动力学研究较多，用于离线仿真能够获得较好的效果，但在线应用不多；自由基动力学模型则是深入研究石脑油裂解过程本质的必然途径，在实际应用中越来越显示出其优越性。     

基于分子动力学模拟的轮胎橡胶催化热解制氢机理

采用分子动力学模拟方法,选取Ni、ZSM-5以及Ni/ZSM-5催化剂,对轮胎橡胶热解制氢的机理进行探究,并同时与前人做过的实验研究进行对比验证模拟计算。文中利用Material Studio建立轮胎橡胶模型,DMol3模块对生成氢气路径进行过渡态搜索,CULP模块对其加入Ni催化剂的热解过程进行模拟。模拟结果表明,制氢催化效果顺序为Ni>Ni/ZSM-5>ZSM-5。催化热解大致分为两个阶段：①低温阶段长链裂解成单体化合物,单体主要是异戊二烯、苯乙烯以及1,3-丁二烯;②高温阶段自由基攻击单体生成小分子物质。加入Ni催化剂后降低了热解终止温度。催化剂的加入在低温阶段主要表现在加快热解进程,增加低温阶段时单体数量。在高温阶段主要表现在改变了气体产物分布,Ni的加入降低了轮胎热解温度,并且使氢比例增加。