FCC反应机理与分子水平动力学模型研究Ⅱ.轻馏分油反应动力学参数的测定

以三种不同的轻馏分油为原料，其中二种为催化蜡油生成的轻馏分油，采用三种不同性质的平衡催化剂，在小型催化裂化固定流化床装置上考察馏分油的催化转化反应规律。从催化裂化反应机理出发，把原料及其产物按馏程和化学组成分为链烷烃、环烷烃、烯烃和芳烃等虚拟组分，通过参数估计求取18个反应动力学常数，建立集总动力学模型。结果表明：反应动力学常数反映了催化裂化反应的特征，该模型能较好地拟合试验数据，不仅能预测不同原料的产品分布，而且可以预测汽油和液化气组成，为进一步研究以重质油为原料降低汽油烯烃含量和多产轻烯烃的催化裂化反应作了准备。     

FDFCC工艺中汽油提升管催化裂化反应动力学模型研究

利用中国石化长岭分公司1号催化裂化装置实测数据，采用集总理论研究FDFCC工艺汽油提升管内的催化反应行为。根据集总原则，将汽油提升管内反应系统的原料和产品按馏程及烃族组成划分为九个集总组分，通过合理简化反应网络，建立九集总反应动力学模型，并求取25组反应动力学参数，并对不同性质原料在不同操作条件下的产品分布进行验证。结果表明，该模型能较好预测汽油产品组成及液化气中高附加值的丙烯产率。对FDFCC模型的进一步开发研究和FDFCC工艺的汽油降烯烃生产具有一定的指导意义。     

催化裂化汽油改质过程的八集总动力学模型研究

以催化裂化汽油的PIONA组成数据为基础，建立了催化裂化汽油催化转化改质过程的八集总动力学模型。模型计算结果与实验值的相对误差大多在2％以内。利用该集总动力学模型，定量计算了汽油催化转化改质过程中氢转移、异构化、环化、齐聚(链增长)等二次反应以及两类氢转移反应之间的比例。     

汽油催化裂解制丙烯集总动力学模型Ⅰ. 动力学模型确立

利用微型固定床反应器研究了C₅～C₈₊汽油窄馏分的催化裂解反应特性。结果表明,汽油中的烯烃是生成丙烯的最佳前驱体,其反应活性和丙烯选择性均高于烷烃,丙烯产率主要由生成丙烯的裂解反应和丙烯二次转化反应之间的相对关系决定。在此基础上,按照原料和产物的馏程和化学组成进行集总划分,同时兼顾氢转移、环化、芳构化和缩合等重要的二次反应,建立了一种汽油催化裂解制丙烯反应动力学模型。该动力学模型可以对产物的产率以及化学组成进行预测和模拟。     

基于结构导向集总的延迟焦化绝热反应过程模型研究

基于结构导向集总方法，设计了包含烃类结构和杂原子结构的21个结构单元，构建了代表延迟焦化原料分子组成的55类共2 791种典型分子的结构向量。基于延迟焦化反应机理，制定了包含碳链断裂、脱氢、开环、双烯合成、脱硫化氢、脱二氧化碳、脱一氧化碳和加氢脱氮等10类38条反应规则，用于描述延迟焦化过程的反应网络。结合相应的反应速率常数和反应热数据，建立了反应动力学微分方程组，通过改进的Runge-Kutta法求解，构建起基于结构导向集总的延迟焦化绝热反应动力学模型，预测延迟焦化过程的典型分子组成和产物分布。延迟焦化绝热反应器模型的预测精度优于未计入反应热效应的等温反应器模型的预测精度。采用延迟焦化结构导向集总绝热反应器模型对不同延迟焦化渣油在不同焦化反应温度和循环比条件下的延迟焦化反应过程进行模拟，焦化产物中气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭的产率预测误差均不超过1.7百分点，焦化产物中典型分子含量的预测误差均不超过2.0百分点。     

催化裂化汽油改质过程的20集总动力学模型研究

以中型催化裂化实验之汽油详细碳数分布的PIONA组成数据为基础,构建了分别由69个和118个化学反应组成的A、B两个反应网络,并以此反应网络开发了催化裂化汽油催化转化改质过程的20集总动力学A、B模型.模型计算结果与实验值的相对误差在6%以内.     

FCC汽油加氢脱硫四集总反应动力学数值模拟

采用欧拉多相流模型、四集总反应动力学模型、多孔介质传热模型和层流有限速率模型,对FCC汽油加氢脱硫反应器内的多相流动、反应和传热进行了数值模拟计算,考察了多孔介质床层的速度场、温度场、脱硫率和影响脱硫率的各操作参数。结果表明,多相流和传热模型的选取、集总参数的求解和等价反应模型的设置能够较准确地描述三相流动状态及温度分布状态,四集总反应动力学模型结合层流有限速率模型能较准确地模拟计算脱硫率高达94%(质量分数)的深度脱硫过程。在该模型良好的适应性和外推性的基础上,计算了体积空速、反应压力和氢/油体积比3个操作参数对FCC汽油加氢脱硫率的影响。     

减压渣油热转化集总动力学的建模研究

以洛阳减压渣油为例,研究了减压渣油热转化集总动力学模型.对洛阳减压渣油分别在410、420、430和440℃下进行的热转化反应,通过数学分析建立了6集总动力学反应模型.减压渣油热转化反应生成裂化气、汽油、轻瓦斯油、重瓦斯油与焦炭,其反应均为2级反应;轻、重瓦斯油将继续发生2次反应,生成焦炭;动力学参数中缩合反应的活化能大于裂化生成馏分油的活化能,表明缩合反应对反应温度的变化更为敏感.计算结果表明,所建模型可以用来预测减压渣油热转化反应产物分布,预测值与实验值吻合较好.     

催化裂化汽油改质反应动力学模型研究

应用经典正碳离子反应机理合理简化催化裂化汽油的催化反应网络,建立了一种接近分子水平的集总反应动力学模型;通过对试验数据的回归,求取了14个反应动力学速度常数k、14个反应活化能E和14个反应的指前因子。研究表明：该模型对原料和反应条件变化有较好的适应性,其相对误差小于7％,能指导催化裂化汽油的改质生产。     

基于结构导向集总的延迟焦化绝热反应过程模型研究

基于结构导向集总方法,设计了包含烃类结构和杂原子结构的21个结构单元,构建了代表延迟焦化原料分子组成的55类共2 791种典型分子的结构向量。基于延迟焦化反应机理,制定了包含碳链断裂、脱氢、开环、双烯合成、脱硫化氢、脱二氧化碳、脱一氧化碳和加氢脱氮等10类38条反应规则,用于描述延迟焦化过程的反应网络。结合相应的反应速率常数和反应热数据,建立了反应动力学微分方程组,通过改进的Runge-Kutta法求解,构建起基于结构导向集总的延迟焦化绝热反应动力学模型,预测延迟焦化过程的典型分子组成和产物分布。延迟焦化绝热反应器模型的预测精度优于未计入反应热效应的等温反应器模型的预测精度。采用延迟焦化结构导向集总绝热反应器模型对不同延迟焦化渣油在不同焦化反应温度和循环比条件下的延迟焦化反应过程进行模拟,焦化产物中气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭的产率预测误差均不超过1.7百分点,焦化产物中典型分子含量的预测误差均不超过2.0百分点。     

FCC反应机理与分子水平动力学模型研究Ⅰ.动力学模型建立

以催化裂化反应机理为基础,把FCC原料及产品按馏程和化学组成进行集总划分,考虑氢转移、芳构化、环化和缩合等二次反应,通过对反应网络的合理简化,提出了一种分子水平的动力学模型,并对热裂化反应生成的干气与原料性质及产物进行了关联。该模型不仅可以对产品的产率及分布进行预测,而且也可以进行产品化学组成的模拟。     

单环环烷烃分子水平催化裂化反应动力学模型的建立

在深入研究环烷烃催化裂化反应机理的基础上,采用反应族的概念制定了11大类、37条针对单环环烷烃催化裂化反应的规则,并结合计算化学建立了基于反应路径层面的单环环烷烃分子水平催化裂化反应动力学模型。以辛基环己烷为模型化合物,验证了建立的动力学模型,任选4组实验数据回归得到了16类催化裂化反应动力学参数值。结果表明,该模型能预测环烷烃催化裂化的主要反应产物分布,预测值与实验值吻合良好;得到了4种反应类型在不同空速下对转化率的贡献值。另外,回归得到的动力学参数值可以用于其他单环环烷烃催化裂化反应体系,为进一步建立其他环烷烃催化裂化反应动力学模型提供数据支持。     

催化裂化反应深度的研究与应用

由于流化催化裂化(FCC)原料组成、产品收率、目的产品组成与性质均已发生巨大变化,原料转化率已不能准确地反映现代FCC的实际反应深度。在研究催化裂化一次反应和二次反应的基础上,把催化裂化反应分为3类：即分子数量增加但相对分子质量减小的化学反应、分子数量减少但相对分子质量增加的化学反应和分子数量与相对分子质量基本不变的化学反应。提出了催化裂化反应深度指数的定义和计算方法,并用其计算了6套大型工业FCC装置的反应深度指数。结果表明,反应深度指数涵盖了裂解反应、缩合反应和中间产物二次反应进行的程度,反应深度指数比原料转化率或重油转化率能更显著地衡量催化裂化反应深度的变化。     

A Kinetic Model for Flexible Dual-riser Fluid Catalytic Cracking Process

According to the mechanism of catalytic cracking reactions, the characteristics of flexible dual-riser fluid catalytic cracking (FDFCC) process, a 10-lumped kinetic model for heavy oil riser reactor and a seven-lumped kinetic model for gasoline riser reactor were developed in the article to simulate the FDFCC process. Based on the data from a commercial FDFCC unit, 43 kinetic parameters for the ten-lumped kinetic model and 18 kinetic parameters for the seven-lumped kinetic model were calculated by the stepwise method. The validity check of the model show that the calculated values of the models are close to the commercial data. In general, the two models could not only describe reaction rules of the FDFCC process correctly but also give good prediction for the distribution and composition of main products, especially for gasoline and propylene.     

结构导向集总方法构建直馏汽油催化裂化动力学模型

采用结构导向集总(SOL)新方法构建了直馏汽油催化裂化改质的反应动力学模型。模型选取74种分子组成原料矩阵,根据催化裂化正碳离子反应机理,制定了42种反应规则构建反应网络。采用矩阵变换的形式求解反应网络,从而得到产物分子矩阵。通过对产物矩阵中的分子归类,获得产物分布及汽油族组成。采集实验室小型固定流化床催化裂化数据,对模型计算结果进行验证。结果表明,该模型能较为准确地预测产物分布及汽油族组成;在温度及进料组成改变时,模型适应性较好;模型同样能较准确地预测汽油研究法辛烷值。     

FCC反应机理与分子水平动力学模型研究 III.重油催化裂化模型的建立

将一种基于催化裂化反应机理的动力学模型应用于重油催化裂化过程,实验确立了几种典型的催化裂化催化剂的反应速率常数。模拟实验的结果表明,通过实验确定的各反应速率常数不仅可以对重油催化裂化产品的产率分布进行模拟和预测,而且可以较为准确地对产品族组成进行模拟和预测。该模型包含十四个集总共24个反应速率常数,易于在提升管反应器上应用。     

FCC反应机理与分子水平动力学模型研究Ⅲ.重油催化裂化模型的建立

将一种基于催化裂化反应机理的动力学模型应用于重油催化裂化过程，实验确立了几种典型的催化裂化催化剂的反应速率常数。模拟实验的结果表明，通过实验确定的各反应速率常数不仅可以对重油催化裂化产品的产率分布进行模拟和预测，而且可以较为准确地对产品族组成进行模拟和预测。该模型包含十四个集总共24个反应速率常数，易于在提升管反应器上应用。     

基于结构导向集总的催化重整分子水平反应动力学模型

为了从分子水平揭示催化重整反应过程的转化规律,基于结构导向集总理论,设计了14个结构单元来描述催化重整反应体系中的312种分子。根据催化重整反应机理,制定了包括裂化、异构化、环化、芳构化等反应的78条反应规则来描述催化重整过程的分子反应行为,构建了包含1628个反应的催化重整反应网络。结合反应动力学常数计算,建立了分子尺度的催化重整反应动力学模型,并采用改进的Runge-Kutta法进行求解。通过与不同工艺条件下的实验数据比较,验证了模型的可靠性。利用所建模型分析了反应温度、压力、空速等操作条件对重整反应过程的影响规律,揭示反应器中芳烃、环烷烃、异构烷烃和正构烷烃等烃类分子的转化规律,获得催化重整产物分子组成及其沿反应器的分布规律。该模型可以指导催化重整装置实现芳烃收率和液体收率的双目标优化。