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催化重整流程模拟① 胡永有 苏宏业 褚健 (浙江大学先进控制研究所 I_业控制技术国家重点实验室杭州玉泉310027) 摘 要:针对T业重整流程 (由反应粉和高f,分离雄组成)，利用一个简化的重整反应机理模型和气液分离模型对该流程进 行了摸拟.利用四阶RK法对模型方程进行了数值求解，并采用Marquardt优化算法以及多套T.业数据对反应模型中关键的 动力学参数进行了估计。最后，利用该流程模型对典型的T.业连续或整流程进行了验证，结果表明模拟稍度令人满怠,所建 众的反应机理模型和气液分离模型合理可靠。 关健词:催化双整，机理棋型，流程棋拟，参数估计 1前言 催化重格是重要的二次石油加f过程之一。随着计算机技术和重整 「艺的发展，对重推反应模型的研 究和模拟软件的开发也越来越受到国内外有关研究机构和石油公司的广泛重视川。通过对重格装置的动力 学仿真来指导生产设计、优化装置操作条件、消除生产 “瓶颈’，、实现过程监控、故障诊断是目前提高装置 经济效益最有效的办法之一111177。由于重整模型的重要商业价值，目前所开发的模到很少公开报道或详细 发表，因此，开发适合我国重整_)_业发展实际情况的重整模型及其模拟软件显得非常必要。 2重整反应器建模 2.1集总反应网络 催化重整过程是复杂的催化反应体系之一，发生的化学反应主要有环烷烃脱氢、异构化、烷烃脱氢环 化、芳烃氢解、烷烃加氢裂化等五人类型的反应151重整进料一般有近300种纯组分，其中的反应更是不 计其数，所以必须采用集总的方法对反应过程进行研究161 从1959年Smith最先提出四集总重整仿真模型以来11，为了提高模型的精度，其发展趋势是组分划分 更细、反应网络更为复杂川。但日前国内的许多装置还无法提供满足分析要求的大量工业数据样本用F参 数估计，以及集总过多造成了模型方程的维数过高，带来了参数估计算法难收敛的问题。因此，尽管模型 集总数越多，模型精度有可能越高，但其工业应用也越难实现。考虑到这些实际情况以及重整反应机理， 本文中我们提出了一个具有17个集总组分(不包括氢气组分在内)、仅包含17个反应的简化重榷反应模型。 该集总反应网络见图1。在建立该反应网络时，我们在集总和反应机理方面作了如下考虑: :不区分正异构烷烃。Ramage在建立13集总模型时的研究认为131，正异构烷烃的反应性能差异基本上可 以忽略不计，故为了减轻 !业分析任务，我们在本模型中没有区分正异构烷烃。对于重核油辛烷值估计， 尽管正异构烷烃的辛烷值不同，但重整油辛烷值仍可近似为芳经含量的拟线性函数m. 2.不区分五元六元环烷烃。由于在重整反应中五元六元环烷烃 (除甲基环戊烷与环己烷外)的转化率都很 相近151并且异构化反应较快.所以我们不区分五元六元环烷烃。 3.区分Ca和q，族组成。由于q，族组成在重枯进料中，1f有相当比例(约30%质最分率)，考虑仿真模刑 在用于生产芳x方案时，必须获得二苯(苯、甲苯、二甲苯)的收率，所以很有必要把Ca从C8，中分 离出来。 15a*杰us青年科学撼金 (NSFC资助 4.细分裂化产物。为了获得比较准确的循环氢纯度，以及燃料气 (FG),液化石油气 (LpC)和稳定汽油 的具体组成，我们把裂化产物细分为C.Cs烷烃 Ci^C4 图t 卜七集总重整反应网络 5.苯环只进行脱烷基反应 (氢解反应)，不发生苯环上的加氢裂化反应，生成的小分子烷烃土要是 c一cZis)，并假定反应中生成的乙苯和丙苯可以忽略，各个碳数烷基发生氢解的概率均等且不会同时 脱掉多个烷基。 6.由于环烷烃的加氢裂化过程首先是开环生成烷烃，所以我们主要考虑烷烃的加氢裂化，为简化起见，假 定碳数5的裂化产物不再发生裂化，并也假定各裂化反应发生概率基本均等。 2.2模型方程及求解算法 严格而言，重整反应均为复杂的非均相催化反应。为简化起见，我们可以认为整个重格反应体系相对 于烃组分呈简单的拟一级均相反应体系PI，且有 r,.=dY,Idt=k;，鱿，(不可逆)或 r,.=dY,./dt=k;.(Y,一儿IKP,)(可逆) k,=ko,exp卜E,I(RT)]-PF·,.-CA，=‘1,2,,16 (，) 写成