MIP-CGP反应数学模型研讨

来源: www.sblunwen.com 作者:taotao 发布时间:2014-06-10 10:49 论文字数:61000字
论文编号: sb201406100110369846 论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:- 论文价格: 150
本文为数学教学论文,主要论述催化裂化概述,MIP-CGP技术浅析,MIP-CGP工艺技术及特点,MIP-CGP集总反应动力学模型的建立,MIP-CGP十集总反应动力学模型参数的确定。

第1章绪论

 
催化裂化(Fluid Catalytic Cracking,FCC)过程,是指在催化剂存在的情况下将重质傭分油转化为更具经济价值的汽油、柴油等轻质油的石油加工过程。由于催化裂化所加工的原料适应范围广,反应条件并不苟刻,故自上世纪60年代以来,得到快速发展,尤其在我国很快成为了炼油厂中最主要的重油二次加工过程;基于催化裂化在整个炼油过程中的举足轻重的地位,则在当前石油的重质化和劣质化趋势不断加深、人们对清洁燃料的要求愈来愈高的形势下,催化裂化工艺所面临的挑战和所担负的责任也愈来愈大,但这同时也给催化裂化带来了机遇,促进了催化裂化的发展。事实也证明了这一点,本世纪以来,催化裂化工艺无论是在清洁燃料的生产还是在多产低碳炼烃方面都取得了长足的进步,使催化裂化的技术水平上了一个新台阶。基于本研究的对象是催化裂化技术发展的成果,故本研究必须从催化裂化开始。
 
1.1催化裂化概述
 
1.1.1催化裂化工艺地位重要
在各类原油的一次和二次加工过程中,催化裂化装置一般处于核心地位,图1⑴所示为典型的FCC装置在炼厂中的位置。催化裂化之所以有如此重要的地位,主要是由它的诸多优异的特征所决定的。催化裂化的原料是重质馆分油,主要是减压錯油(VGO),焦化錯油(CGO)等。
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1.2催化裂化新技术
为解决上述催化裂化工艺所面临的催化汽油高稀烃含量的问题,我国炼油工作者进行了不懈的努力和科学创新,涌现出了许多行之有效的新技术和新工艺。它们的目的都是希望在保证汽油产品收率和品质不受大影响的前提下,大幅降低汽油的稀烃含量,从而满足日益严格的环保要求。研究表明111】:通过釆取对原料进行预处理、优化催化裂化操作条件、研发新的催化剂等措施,都能在一定程度上降低稀经含量,但很难将炼经含量降至30%以下,即满足清洁汽油标准。因此,必须从造成催化裂化汽油高稀经含量的根本原因着手,打破原有的常规催化裂化工艺框框,开发新的催化裂化工艺,才能真正实现催化裂化汽油稀烃含量的大幅度降低。为此,近年来我国科研工作者从深入研究催化裂化反应机理出发,在突破了现有催化裂化工艺对二次反应限制的基础上,通过对裂化、氛转移和异构化等反应进行控制和选择,以实现在保证汽油具有较高辛焼值的前提下降低催化汽油稀烃含量为目的,开发了一系列生产低稀烃清洁汽油的催化裂化新工艺,这些工艺都各有其特色,并在工业实际中取得了良好的应用效果:
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第2章MIP-CGP技术浅析
 
2.1 MIP工艺技术原理及特点
烃类分子在裂化催化剂上的催化裂化反应是一个以正碳离子机理为主进行的复杂的平行——顺序反应。主要反应如图2.1所示[53]。
催化裂化反应体系包括一次反应和二次反应。一次反应主要涉及催化裂化原料中焼经、环烧烃和芳径的C-C键断裂,然后在此基础上再进行各种二次反应。从图2.1中可以看出,焼烃、环院烃和芳环上的焼烃基团一次反应裂化产物除了具有少量的焼径、环烧径和芳烃外,其余全部为稀径。原料油越重或澄油掺炼率越高,产物的烯烃含量则越高。较为重要的二次反应有:稀烃的裂化反应、环化反应、氢转移反应、焼基化反应和异构化反应,环焼烃的脱氧芳环化,及芳烃的缩合反应等。值得注意的是,除少数二次反应(环院轻芳环化、芳烃缩合)外,大部分二次反应都是稀烃参与进行的,其中氢转移反应、烧基化反应和异构化反应的主要产物是异构烃和芳经,它们是汽油高辛烧值的贡献者。
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2.2 MIP-CGP工艺技术及特点
为了进一步发挥MIP技术的效应,扩大相对于传统FCC的优势,以满足不断发展的石油产品结构和品质的需要,中石化北京石油化工科学研究院(RIPP)在上述MIP工艺技术的基础上,又进一步开发了可直接生产烯烃含量能满足欧m排放标准的汽油并增产丙稀的催化裂化工艺(A MIP Process for Clean Gasoline and Propylene),简称为MIP-CGPI56】。该工艺以重质油为原料,采用MIP串联提升管反应器,在不同的反应区内创造与经类反应相适应的反应条件,并充分利用具有特殊孔结构和活性组元的催化剂,进一步发挥MIP技术降低汽油稀烃和增产丙稀的工业应用效果。相对于MIP技术而言,MIP-CGP技术在工艺条件和催化剂活性组元和孔结构方面具有以下特点:
(1)MIP-CGP工艺的一反区反应温度更高,反应时间更短,目的在于使重质原料更快、更为彻底地裂化为稀烃分子;第二反应区反应温度相对于MIP工艺也略高,主要为汽油稀烃分子的裂化反应提供有利条件,在汽油稀经分子经氧转移反应转化为异构炼烃和芳烃的同时,也可进行二次裂化反应,生成更多的丙稀。于是在二反区内,虽然氢转移反应和异构化反应为主导反应,但适度的二次裂化反应仍可发生,这样在保证了使汽油稀烃大幅下降的同时,也达到了增产丙稀的生产目的。
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第3章MIP-CGP集总反应动力学模型的建立..........37
3.1模型类型的确定..........38
3.2 MIP-CGP集总反应动力学模型的建立..........39
3.3本章小结..........50
第4章MIP-CGP十集总反应动力学模型参数的确定..........51
4.1动力学参数的求取..........51
4.2MIP-CGP十集总反应动力学模型参数的求取..........53
4.3动力学参数估计的结果与讨论..........57
4.4本章小结..........67
 
第7章MIP-CGP反应过程数学模型的预测计算和优化计算
 
7.1不同操作条件的预测计算
一般对不同操作条件下的产物分布的预测计算,常采用当考察某一参数影响时,则其它参数就视作不变的原则,这样比较简便,而且明瞭。根据这个原则,本研究在运用十集总反应动力学模型对吉林石化MIP-CGP装置进行预测计算时,采用表6.1中的工况7的操作条件作为基础数据,即如当考察温度变化的影响时,则其它条件保持不变,此其它条件即为工况7的操作条件,其它雷同。详细工作如下:
 
7.1.1反应温度的影响
反应温度是所有化学反应也是催化裂化反应的最重要的影响因素,也正因为此,MIP-CGP特设计了两个反应区并采用两个不同的反应温度,以满足对一次反应和二次反应的不同要求基于MIP-CGP的特点,在运用MIP-CGP反应过程数学模型进行不同反应温度预测计算时,须分两个反应区进行。预测计算的产物分布内容包括汽油、柴油、液化气、气体和焦炭的产率及汽油中焼烃、稀烃和芳烃的含量,计算反应温度影响的选取原则是在工况7实际反应温度的基础上,再向上下延伸一定范围。
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第8章结论
 
MIP-CGP是中石化北京石油科学研究院为应对我国催化汽油稀经含量高和市场对丙稀需求量的快速增长而开发的催化裂化新技术、新工艺。本文以吉林石化MIP-CGP装置为对象,以该装置的实测数据为基础,对MIP-CGP反应过程数学模型进行了研究,主要内容包括建立反应动力学模型和传递模型,及两者的有机结合构成的数学模型;及对所建模型的一系列验证计算预测计算和优化计算等。通过以上研究可得到如下结论:
(1)通过大量文献调查及MIP-CGP装置的现场调查,从理论和实际上加深了对该新技术的认识,从而得出了: MIP-CGP新工艺的理念是正确的结论。该工艺采用新型提升管反应器和适宜的工艺条件,通过在不同反应区实现选择性和可控性的裂化、氧转移和异构化反应,达到降低汽油烯烃含量、提高异构焼烃含量同时多产丙稀的目的。该理念正确可靠,具有坚实的理论基础,提升管反应器改造容易,创新性突出。
(2)通过对FCC、MIP、MIP-CGP三个工艺,从反应机理、反应器形式、反应条件、催化剂类型等等方面的比较分析,明确了三者之间的共性和各自的特点,及因它们都源于同一条根一FCC,因此FCC的动力学模型研究成果,对本论文工作具有重要借鉴作用。于是在深入分析了 FCC反应机理及MIP-CGP的理念和技术关键的基础上,并考虑到工厂的实际条件和应用的需要,装置数据的来源等等,最终建立了 MIP-CGP十集总反应动力学模型:
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参考文献(略)

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