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。     

乙烷丙烷单独及混合裂解相互作用机理的模拟研究

作者提出了将分子模拟和自建的一维工艺数学模型模拟计算相结合的研究速度快,结果详细的新的烃类热裂解自由基反应机理的理论研究方法。并以乙烷、丙烷及混合物相互作用机理的研究为例对该方法进行了论证。结果表明,该方法可以得到与实验研究相同的乙烷、丙烷的反应机理,并对研究较困难的乙烷和丙烷相互作用机理进行了详细研究,揭示了不同自由基相互作用的规律,同时也证明该方法是可行的。     

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。     

1-丁烯热裂解自由基反应模型的建立及验证

基于自由基链式反应机理,将Materials Studio(MS)模拟和Aspen Plus模拟计算相结合研究了1-丁烯热裂解自由基反应机理,运用MS软件对1-丁烯的结构进行优化、分析,建立了初步的、可能发生的12个自由基反应网络和2个可能反应路径;对1-丁烯可能发生的热裂解自由基反应进行模拟计算,得到1-丁烯裂解自由基反应相关动力学参数如活化能(Ea)及速率常数(k)等;用Aspen模拟软件建立裂解反应器模拟实验过程,预测1-丁烯热裂解自由基反应产物分布情况。结果表明,1-丁烯热裂解自由基反应机理模型与一维热裂解工艺模型软件模拟1-丁烯热裂解的主要产物的种类一致,预测的产物分布也吻合,1-丁烯热裂解的主要目的产物是丁二烯、丙烯及少许乙烯,与已有的实验结论相符。     

乙烷热裂解自由基反应机理的综合数值模拟

通过对目前烃类热裂解自由基机理研究方法所存在问题的剖析,提出了将分子模拟和自建的一维工艺数学模型模拟计算相结合的速度快,结果详细的新的研究方法。并以乙烷热裂解自由基反应机理的研究为例进行了论证。结果表明,乙烷的链引发反应主要以断C—C键为主,链传递反应主要以氢自由基与乙烷生成乙基自由基和氢气、乙基自由基分解生成乙烯和氢自由基为主反复循环进行;链终止反应主要以2个氢自由基生成氢气为主;该方法的计算结果与传统方法有较大的不同,为烃类热裂解提供了一个新的研究方法。     

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。     

石油烃热裂解反应速率常数估算方法的研究进展

石油烃热裂解反应动力学模型是工业裂解炉的核心技术之一。建立具有广泛适用性的石油烃热裂解自由基机理模型,需要获得构建该模型反应网络中各个基元反应的反应速率常数,综述了包括线性自由能关系、估算活化能的非线性方程、反应速率和分子特征量关系以及部分依赖实验确定反应速率的4类文献中报道过的估算反应速率常数的方法,并结合石油烃热裂解反应机理模型的需求,认为裂解机理模型中的反应可根据分类的不同,选取其中合适的方法进行反应速率常数的估算。     

乙烷裂解制乙烯过程反应动力学模型的研究进展

随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整,裂解乙烯原料呈现多样性。近年来,乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点。乙烷作为乙烯生产的优选原料,不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势,同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势。作为裂解炉模拟的核心,研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判。随工业应用范围的逐步扩大,该领域的理论研究也将迎来新的高潮。本工作对乙烷裂解的工艺优势、乙烷裂解反应动力学模型及结焦反应动力学模型的研究现状进行了总结。裂解反应动力学模型被分为经验模型、机理模型、分子反应动力学模型,结焦反应动力学模型被分为催化结焦、自由基结焦。针对未来的研究方向提出了新的展望,认为经验模型在裂解炉自动控制中的应用、自由基反应动力学模型的深入研究、乙烷与其他原料的共裂过程、裂解反应动力学与CFD技术的融合及基于多种生成机理建立结焦反应动力学模型五个方面将是今后需要关注的领域。     

乙烷-丙烷混合裂解不同维度的数值模拟

随着乙烯原料向着轻质化发展,乙烷、丙烷成为重要的裂解原料,乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理的研究对乙烯原料优化具有重要意义。利用FLUENT模拟软件对乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理进行一维和二维模拟,根据一维、二维模型轴向和径向的流速、温度、原料及产物浓度分布,分析其混合裂解规律。径向的传递过程会降低裂解温度,所需供热量减少,同时径向自由基的返混促进了管中心原料的裂解,因此二维模型中乙烯和甲烷的浓度高于一维模型。乙烷-丙烷混合裂解的链引发阶段只有丙烷参与,乙烷参与了链传递过程,反应体系内自由基需要一定量的积累后才生成乙烯和丙烯。     

C_4烷烃混合热裂解反应机理的数值模拟

通过对蒸汽热裂解反应机理实验研究困难的分析,提出了将Materials studio模拟和Aspen Plus模拟计算相结合的烃类热裂解自由基反应机理的理论研究方法。并用该理论方法对正丁烷和异丁烷及其混合物的相互作用机理进行了研究。结果表明:正丁烷热裂解主要是1-C4H9·中β-C—C键发生的断裂生成乙烯,由2-C4H9·断β-C—C键生成丙烯;异丁烷热裂解主要是i-C4H9·中β-C—C键的断裂生成丙烯。采用与文献[1]同样的原料数据进行模拟,并与该文献中混合C4烷烃热裂解的实验数据进行了对比,说明该理论方法计算得到的结果与实验结果吻合较好。     

乙烯裂解原料等效分子组成的预测方法

石油烃的组成分析是建立石油烃热裂解的自由基机理反应模型的前提。本文将作为乙烯裂解原料的石油烃组成分子的结构特征以及石油烃的常规物性数据,如平均分子量、氢碳比、PIONA值、模拟蒸馏馏程等,与信息熵理论相结合,建立了预测其等效分子组成的方法。以预测石脑油、加氢尾油的等效分子组成为例,所产生的等效分子组成的常规物性计算值与实验值吻合较好,验证了该方法的有效性。     

化学反应活性指标与基元反应动力学参数的关系及链烷烃热裂解过程模型

本文采用广义休克尔法(EHMO)与全略微分重叠法(CNDO/2)计算了链烷烃及其自由基的反应活性指标.通过分析已知的基元反应动力学参数与这些指标间的关系,提出一种预测基元反应速率常数的方法.对链烷烃热裂解速度常数的预测,证明该法是可靠的.在此基础上,采用平推流反应器(PFR)模型及拟稳态假设描述C_4~-烃类热裂解过程,模拟了c_4~-单一烃及混合烃的热裂解过程.模拟结果与文献中的总包反应实验数据吻合良好,证明所建模型是正确、可靠的.     

裂解炉管内自由基反应模型的研究进展

从石油烃热裂解自由基反应网络构建、反应动力学参数估算以及动力学模型建立3个方面综述了裂解炉管内自由基反应模型的研究进展,并展望了该模型的发展对石油烃原料组分测定提出的新要求。     

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。     

裂解汽油中噻吩加氢脱硫反应宏观动力学

采用微型等温积分反应器,以组分苯、苯乙烯、噻吩与溶剂正己烷的混合物作为模型化合物,在消除催化剂外扩散影响的基础上,建立了幂函数型的噻吩加氢脱硫反应宏观动力学模型并研究裂解汽油二段加氢过程中噻吩在Co-Mo/Al2O3催化剂上的加氢脱硫反应动力学.通过对比研究噻吩在单一体系和模型化合物中的加氢脱硫反应,探讨了裂解汽油中不饱和烃对噻吩加氢脱硫的影响.实验结果表明,裂解汽油中的不饱和烃会影响噻吩加氢脱硫反应速率,但并不改变其反应机理.噻吩转化率的模型计算值与实验值吻合较好,说明所建立的动力学模型适合描述裂解汽油二段加氢过程中噻吩的加氢脱硫反应.     

链烷烃热裂解过程结构动力学模型与模拟

根据作者提出的结构-反应活性关系预测出链烷烃裂解时主要基元反应的动力学参数。以乙烷十丙烷混合裂解为例,就不同的反应网络进行了对比分析,提出了反应个数尽可能少而又能全面、真实反映裂解过程的反应网络。用Gear法模拟求解了由此建立的C_4单烃及其混合烃裂解的结构动力学模型,模型预测的产物分布与文献发表的中试数据吻合很好。     

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.     

聚乳酸的热降解与稳定性

综述聚乳酸(PLA)热稳定性影响因素;介绍聚乳酸端基、摩尔质量、水、小分子及残留催化剂对聚乳酸热稳定性的影响.阐述聚乳酸热降解机理,热降解机理按是否在降解过程中产生自由基,可以分为非自由基降解反应机理和自由基降解反应机理,非自由基降解机理主要包括:无规链段降解反应机理,分子间酯交换和分子内酯交换反应机理,水解解聚反应机理;自由基降解机理主要包括高温裂解反应降解机理.     

热等离子体裂解催化裂化油浆的淬冷过程分析

针对热等离子体裂解催化裂化油浆体系中淬冷过程的关键影响因素,介绍了耦合C1～C3烃类详细气相动力学和炭黑生成机理的University of Southern California(USC)扩展动力学,并对乙烷淬冷方案进行模拟,与在实验装置上进行的乙烷淬冷实验结果对照良好,表明USC扩展机理适用于该体系的动力学模拟.系...     

甲醇制烯烃反应机理研究进展

由于不同学者所采用催化剂和实验条件等的不同,对甲醇制烯烃(Methanol-to-olefin,MTO)反应机理的认识不尽相同,且存在一定的争议。本研究综述了近年来MTO反应机理研究的主要进展,目前较为认可的机理有卡宾机理、自由基机理、碳正离子机理和烃池机理等;介绍了MTO反应的影响因素以及前述不同反应机理的产生背景,并与相关文献数据结合,对各反应机理的合理性及其不足进行深入分析;基于文献中对催化剂表征及反应过程研究的相关结果,指出烃池机理能够更为合理地解释现有实验现象,表明烃池机理较其他几种反应机理具有更广泛的适用性。