FCC汽油二次反应动力学模型研究进展

介绍了针对催化裂化汽油二次反应降烯烃及增产丙烯过程的动力学模型,包括各种集总动力学模型、结构导向集总与蒙特卡洛相结合的分子尺度动力学模型,以及可以预测汽油二次反应产物分布的人工神经网络和预测丙烯产率的支持向量机等黑箱模型。     

灵活多效催化裂化工艺集总动力学模型

针对灵活多效催化裂化(FDFCC)工艺,以工业装置数据为基础建立了重油提升管催化裂化10集总和汽油提升管催化裂化7集总动力学模型,求取了10集总模型的43个动力学参数和7集总模型的18个动力学参数.结果表明,所获得的模型动力学参数是可靠的,所建立的模型能够较好地预测FDFCC装置的产品产率,并对汽油组成和丙烯产率具有良好的预测性.     

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。     

减压蜡油加氢裂化反应动力学模型研究进展

阐述了减压瓦斯油（减压蜡油）加氢裂化反应动力学模型的研究进展,包括基于传统集总技术、连续混合物、结构导向集总以及单事件方法的动力学模型,对各模型方法的反应网络以及优缺点作了描述。同时,系统地介绍了基于实验数据、原料组成所计算得到的反应速率常数等相关数据对预测产品组成、产品分布的精确性。     

灵活多效催化裂化工艺反应动力学模型研究

根据催化裂化反应机理和灵活多效催化裂化(FDFCC)工艺特点,结合中试数据,分别确定了针对FDFCC工艺重油提升管的10集总和汽油提升管的7集总反应网络。将重油提升管中胶质沥青质向汽油、气体的裂化作为二级反应,其余(包括汽油提升管中全部反应)均作为一级不可逆反应,分别建立了10集总和7集总反应动力学模型。通过Runge-Kutta法与变尺度法(BFGS)相结合求取了模型的动力学参数。对动力学参数的分析表明,所求得的模型参数能够较好地反映催化裂化反应规律和FDFCC-Ⅲ工艺特点。模型对产品的计算值与实际值的相对偏差均小于5%,表明所开发的集总模型是可靠的。     

新鲜SAPO-34催化剂上甲醇制烯烃反应动力学

在固定床反应器内进行了甲醇制烯烃反应动力学研究,借助集总动力学的概念,充分考虑到水和积炭对反应过程的影响,建立了5集总反应动力学模型,并进行了求解,最终获得了新鲜催化剂上可计算各集总组分反应速率的动力学方程.模型计算值与实验值吻合较好,表明模型预测效果很好.     

Pd/C上松香催化歧化反应集总动力学

以松香为原料、改性Pd/C为催化剂、200#油为溶剂及N2为保护气,进行松香催化歧化反应集总动力学的研究。在消除内外扩散影响的条件下,在线跟踪48315～53315 K的反应产物并用毛细管柱气相色谱法测定反应体系组成随时间的变化关系。根据松香歧化反应机理和特点,借鉴集总思想和方法,按结构族组成和动力学相近原则划分该复杂反应体系的集总组分,构建了Pd/C上松香歧化集总反应网络,建立了枞酸型树脂酸、海松酸型树脂酸、氢化枞酸型树脂酸、氢化海松酸型树脂酸和脱氢枞酸五集总动力学模型;采用Levenberg-Marquart法,以Matlab编程和SPSS数理统计软件估算了模型参数,得到枞酸型树脂酸脱氢、加氢,海松酸型树脂酸加氢反应过程的活化能分别为11139 kJ·mol-1、10876 kJ·mol-1、9735 kJ·mol-1,结果表明,所建动力学模型与实验数据吻合良好,并能预测反应在54315 K的集总组分浓度分布。     

骨架锌Zn-HZSM-5分子筛催化剂上甲醇制汽油反应动力学（英文）

通过水热晶化法,合成含有骨架杂原子Zn的Zn-HZSM-5分子筛催化剂,采用XRD、BET、NH3-TPD表征催化剂结构和物化性能,在微型固定床反应器中测定催化剂的甲醇制汽油反应性能和反应动力学数据,研究Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油本征反应动力学。结果表明,杂原子Zn引入ZSM-5分子筛骨架后增加对产物汽油选择性有利的弱酸量。采用Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型,通过四阶龙格库塔法和最小二乘法对实验数据的回归,计算反应速率常数为k_1=1. 154×10~(12)exp (-97600/RT),k_2=0. 687×10~(12)exp (-105200/RT)和k_3=1. 739×10~7exp (-84700/RT)。以目标残差函数OF参数值为检验模型的标准,模拟值和实验值的相关系数R~2均在0. 993以上。因此Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型可以准确描述Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油反应动力学行为。     

甲醇制汽油（MTG）集总动力学模型

用Ｓｅｄｒａｎ￣［１］的模型，对甲醇在ＺＳＭ－５分子筛上转化制汽油过程进行了集总动力学研究。用单纯形法对实验数据进行回归分析，求出了动力学参数。将此动力学模型预测固定床反应结果，计算值与实测值相对平均误差小于２０％。     

聚乙烯热裂解制备聚乙烯蜡四集总动力学模型

通过对高密度聚乙烯进行釜式热裂解实验,研究高密度聚乙烯的热裂解行为,计算动力学反应参数,建立了聚乙烯热裂解的集总动力学模型,并讨论了反应温度及反应时间对模型的影响,对预测产品产率及分布起到指导性作用。     

基于多尺度模型的MIP提升管反应历程数值模拟

MIP(maximizing iso-paraffins process)工艺采用两个反应器串联技术,可有效改善汽油质量。MIP反应器的冷态模拟虽能揭示反应器内的流动行为及几何结构的影响,但无法考虑反应引发的变化。为更准确地揭示该反应器中的油气及颗粒运动行为,尝试了三维瞬态反应模拟。模拟采用双流体模型结合十二集总反应动力学模型,并在相间动量传递模型和传热模型中考虑了多尺度结构的影响,然后与基于均匀分布的传统模型作对比。结果表明,相比于传统模型,多尺度模型能较准确预测二反段内的流动结构、颗粒浓度以及温度分布。在预测产率方面,两种模型所得结果类似,都对油浆和柴油的预测较好,对液化气和干气的预测偏差较大。这说明,仅在动量传递及传热模型中考虑多尺度结构的影响是不够的。     

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60 μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。     

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60 μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。     

A new generic approach for the modeling of fluid catalytic cracking (FCC) riser reactor

A new kinetic model for the fluid catalytic cracking (FCC) riser is developed. An elementary reaction scheme, for the FCC, based on cracking of a large number of lumps in the form of narrow boiling pseudocomponents is proposed. The kinetic parameters are estimated using a semi-empirical approach based on normal probability distribution. The correlation proposed for the kinetic parameters’ estimation contains four parameters that depend on the feed characteristics, catalyst activity, and coke forming tendency of the feed. This approach eliminates the need of determining a large number of rate constants required for conventional lumped models. The model seems to be more versatile than existing models and opens up a new dimension for making generic models suitable for the analysis and control studies of FCC units. The model also incorporates catalyst deactivation and two-phase flow in the riser reactor. Predictions of the model compare well with the yield pattern of industrial scale plant data reported in literature.     

半纤维素稀酸循环喷淋冲滤水解动力学

采用稀酸循环喷淋冲滤（dilute acid cycle spray flow-through,DCF）反应器在温和的条件下水解玉米秸秆半纤维素,分析了半纤维素稀酸水解产物组分,研究不同温度、硫酸浓度和时间对主要产物木糖浓度的影响。探讨了其水解反应机理并以酸催化反应机理为基础,把玉米秸秆半纤维素及其水解产物按化学组成和性质进行集总划分,并对反应网络进行合理简化,提出了一种半纤维素稀酸水解反应的简化集总动力学模型。通过参数估计求取动力学参数,建立集总动力学模型以预测半纤维素主要水解产物。结果表明,喷淋作用加快了半纤维素的连续解聚过程,从而使得木糖得率超过90%,而其降解产物糠醛等较少。得到的模型能较好预测不同条件下主要产物含量。通过改进的Arrhenius方程确定木糖生成和降解的活化能分别为107.1 kJ·mol^-1和102.2 kJ·mol^-1。     

Kinetic model of low temperature coal tar hydrocracking in supercritical gasoline for reducing coke production

To reduce coke production during low temperature coal tar hydrocracking in supercritical gasoline, a lump kinetic model was derived on the basis of catalytic cracking reaction mechanism. Lumps were defined by different reaction properties. Reaction rate constants, indexes of hydrogen to coal tar ratio, indexes of gasoline to coal tar ratio, activation energies, and pre-exponential factors were estimated according to the previous experimental data. The results show that the proposed model could not only predict the product yields successfully, but also provide more information which was useful for any attempts to reduce the coke content and promote the conversion of coal tar to light oils.     

汽油催化改质反应过程数值模拟

在汽油催化反应动力学模型和气固两相流动模型的基础上,建立了汽油改质反应过程流动-反应耦合模型。针对不同的转化反应器构型（提升管、提升管-床层反应器）,对汽油改质过程进行了数值模拟。模拟结果表明,对提升管反应器而言,汽油经过低温改质反应后,烯烃含量可以从35.1%降低到18%左右,烯烃降低幅度可达48%,汽油中烯烃主要转化为异构烷烃。另外,随着反应温度的升高,汽油转化反应中的裂化反应增强,导致汽油收率下降。对于提升管-床层反应器而言,汽油中的烯烃含量可以降得更低,在床层空速4时,烯烃含量可以降低到5%左右,汽油收率为80%左右。     

Establishment and solution of eight-lump kinetic model for FCC gasoline secondary reaction using particle swarm optimization

An eight-lump kinetic model contained 21 kinetic parameters was proposed to describe the secondary reaction process of fluid catalytic cracking (FCC) gasoline. The model was solved by hybrid particle-swarm optimization (HPSO) which incorporated evolutionary strategies and the simulated annealing method into particle swarm optimization (PSO). A series of experiments were carried out in a riser reactor over an improved Y zeolite catalyst with different temperatures, catalyst to oil ratios and vapor residence times. The product distribution was obtained to estimate the 21 kinetic parameters of model; the calculated results obtained using the HPSO algorithm agreed well with the experimental results.