基于分子水平反应动力学模型研究供氢剂对热转化过程产物分布的影响规律

为实现延迟焦化工艺优化与重油资源的高效利用,从热转化反应机理出发,利用基于结构导向集总方法建立的分子水平延迟焦化反应动力学模型,计算不同工艺条件下汽油、柴油产物中烃族组成和典型分子含量,并从分子水平揭示工艺条件的影响规律。分子水平的延迟焦化反应动力学模型能够考察不同供氢剂对延迟焦化产物分布的作用机理。模型计算结果表明,四氢萘能够有效地提供氢自由基,提高液体产物收率。当四氢萘添加质量分数为5%时,与未添加四氢萘相比,延迟焦化产物气体和焦炭收率分别下降3.60%和0.80%,液体收率增加4.40%。以增加汽油和柴油收率为目的,催化裂化柴油比焦化柴油更加适合作为供氢剂掺炼。

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。

基于结构导向集总的延迟焦化分子尺度动力学模型

借助于结构导向集总方法,建立了延迟焦化过程的分子动力学模型。该模型用7004种分子集总来代表原料渣油的分子组成,用92条反应规则来模拟延迟焦化反应行为,实现了对延迟焦化产物分布的预测。经小试试验验证,该模型的预测精度较高。

基于分子动力学的页岩气储层表观渗透率预测模型研究

页岩气储层表观渗透率的准确预测一直是行业面临的重大挑战,主要由于其复杂的孔隙结构和气体分子在多尺度上的输运行为,传统宏观渗透率模型难以应对这种复杂性。为解决这一问题,本研究融合了微观分子动力学模拟与宏观流体力学理论,提出了一种多尺度模型。通过分子动力学模拟深入探讨气体分子在纳米孔隙中的扩散、吸附及分子间相互作用,揭示了微观尺度的输运机制。基于模拟得到的气体分子扩散系数、吸附量和平均自由程等关键参数,本研究建立了一个修正的表观渗透率模型,从而更准确地预测气体在实际储层条件下的宏观流动行为。此外,模型通过实验数据验证和校准,确保其准确性与适用性。最终,该模型为页岩气的有效开发和产能评估提供了重要的理论支持,并为复杂孔隙介质中的气体输运研究提供了新的视角。

基于结构导向集总的废弃油脂催化裂化分子尺度动力学模型

利用结构导向集总与Monte Carlo模拟方法相结合构建了废弃油脂催化裂化反应的分子尺度动力学模型。模型选取17个结构向量表示废弃油脂分子,生成1000个原料分子表示废弃油脂原料,利用模拟退火算法对原料矩阵进行优化,同时针对废弃油脂体系的脱氧反应新增12条反应规则,利用Materials Studio 8.0软件求取其速率常数,完成动力学模型的构建。结果表明模型可以很好地对原料性质和产物分布进行预测,模拟值与实验值的绝对误差都在比较合理的范围内,说明求取的速率常数和编制的反应规则是合理的。

正丁烷芳构化九集总反应动力学模型研究

以正丁烷为模型化合物进行芳构化,考察其在不同条件下芳构化的产物分布规律;根据其芳构化反应机理和产物分布特点,建立了包括8个虚拟反应路径的九集总反应动力学模型方程组,进而基于Python平台求解模型方程组,计算获得了正丁烷芳构化反应的动力学参数,并利用试验数据验证九集总动力学模型的预测效果。结果表明,产物分布模型的预测值与试验实测值间的最大绝对误差小于5.0%,表明该模型准确可靠,能较好地反映轻烃芳构化的反应规律,可用于对实际生产过程的模拟优化。

VA-ECMO支持期间心衰患者主动脉内血流动力学变化的多尺度数值模拟研究

目的静动脉体外膜肺氧合(VA-ECMO)是抢救心肺功能衰竭危重症病人的重要手段。ECMO供血与自体心脏供血产生复杂的相互作用,可能引发心脏过载、血栓等并发症,是影响VA-ECMO临床应用效果的关键因素。本研究发展几何多尺度建模方法,在系统性地研究不同心衰程度和ECMO工况组合的血流动力学效应的基础上,详细评价VA-ECMO支持下的主动脉血流动力学特征。方法首先建立了心血管系统与VA-ECMO耦合的集总参数模型,分析特定心衰条件下ECMO血泵转速变化对心输出量、ECMO供血量等的影响,以探寻最佳血泵转速。进一步采用0~3维几何多尺度模型模拟不同心衰程度和血泵转速组合条件下的主动脉血流,探寻可能与血栓形成、内皮功能失调有关的血流动力学特征。结果增大VA-ECMO血泵转速会降低自体心脏的泵血能力,降低幅度与心收缩功能呈负相关关系;过低或过高的ECMO供血量均会显著增大主动脉血流的紊乱程度,表现为在特定区域出现二次流强度增大以及振荡剪切指数(OSI)、归一化横切向壁面剪应力(Ntrans WSS)升高现象;相对而言,设定最优ECMO供血量则可以较大程度地抑制上述血流紊乱。结论心血管系统和VA-ECMO之间存在复杂的血流动力学耦合作用,基于患者实际情况设定合理的ECMO工况有助于在实现ECMO供氧作用的同时降低潜在的并发症风险。

硅酮密封胶体系中增塑剂扩散性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法在COMPASS II力场下分析了3种增塑剂(白油、甲基硅油和双端乙烯基硅油)在脱酮肟硅酮密封胶中的扩散性能。研究结果表明:(1)在相同温度(298 K)下,增塑剂的扩散系数大小顺序为:白油>甲基硅油>双端乙烯基硅油。随着温度升高,3种增塑剂的扩散系数均随之升高。当温度超过318 K后,白油扩散系数急剧增加,双端乙烯基硅油增加最缓慢。随着增塑剂含量的升高,3种增塑剂在硅酮密封胶体系中的扩散系数均随之升高,增塑剂的扩散能力随着其含量的增加而增加。(2)在3种混合体系中,脱酮肟密封胶/白油体系的相容性最差,体系分子间的自由体积和自由体积分数最大,增塑剂分子的占有体积及尺寸最大,这些因素综合作用均导致白油具有较强的扩散能力,而双端乙烯基硅油具有较好的抗迁移能力。(3)温度升高使脱酮肟密封胶与增塑剂分子间作用减弱,同时体系的自由体积和自由体积分数增大,增加了增塑剂分子的运动空间,提高了增塑剂分子的扩散能力。(4)增塑剂含量越高,与脱酮肟密封胶分子间形成的相互作用能及范德华作用力能也越大,但同时体系的自由体积和自由体积分数也随着增塑剂含量的增加而增加。增塑剂分子扩散能力是分子间相互作用的力学效应及空间效应共同作用的结果。

基于结构导向集总的柴油加氢精制分子水平反应动力学模型 Ⅰ.模型的建立与验证

为了从分子水平揭示柴油加氢精制反应过程的转化规律,基于结构导向集总方法,构建了表征柴油分子组成的包含846 个结构向量的分子组成矩阵。根据柴油加氢精制反应机理,编制了 34 条反应规则,建立了包含约 17 500 个反应的柴油加氢精制反应网络,并结合基于量子化学计算的反应动力学参数,建立了基于结构导向集总的分子尺度柴油加氢精制反应动力学模型。采用改进的 Runge-Kutta 法进行求解,并通过与工业装置数据对比验证了模型的可靠性。实验结果表明,加氢精制产物分布及典型分子含量的预测值与工业数据的最大误差在 1.0%以内,温升的预测误差不超过 2 ℃。

基于结构导向集总的柴油加氢精制分子水平反应动力学模型Ⅱ.反应规律分析与优化

采用基于结构导向集总的柴油加氢精制分子水平反应动力学模型对中国石油某分公司柴油加氢精制装置的操作条件进行优化,所建模型可以预测不同反应条件下精制产物中典型分子的含量,并可在分子水平上描述柴油体系中的硫化物、氮化物、多环芳烃、正构烷烃等在加氢精制反应器中的转化规律,揭示反应温度、压力、液态空速等操作条件对加氢精制反应过程的影响规律,指导柴油加氢精制装置的操作优化。实验结果表明,精制柴油硫、氮含量小于10μg/g、精制柴油收率不低于设计指标89.5%时,模型预测优化的操作温度区间为314.5~320.3℃。

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。

重油催化裂化MIP工艺集总动力学模型

根据催化裂化反应机理及MIP工艺的特点,开发了重油催化裂化12集总反应动力学模型。以公开发表的MIP工艺装置数据为基础,对模型参数进行验证计算。结果表明,模型对原料及柴油采用结构族组成划分集总,准确反映了不同碳原子结构反应性能的差异,并减少了反应途径数目。通过分步求解法求取反应动力学参数,有效减少了需同时估计的动力学参数个数,并提高了参数估计结果的精度和可靠性;计算值与实测值拟合良好。反应速率常数和活化能的分析结果表明,模型参数很好地反映了实际反应规律。

加氢渣油催化裂化14集总动力学模型的建立

以加工加氢渣油的茂名石化3#重油催化裂化装置(RFCC)的工业数据为基础,针对加氢渣油的特点,提出了以渣油4组分作为划分原料集总的催化裂化14集总动力学模型,通过分步求解法求取动力学参数,并应用工业实测数据进行验证,验证结果表明该模型不仅能较好地预测催化裂化产品分布,而且还能较准确预测主要产品性质,较好地反映了加氢渣油催化裂化反应规律,可为工业装置操作的优化提供指导。

十七集总催化重整反应动力学模型研究(Ⅰ)——模型的建立

按照集总理论的指导原则 ,从催化重整反应机理出发 ,提出了包含 17个集总组分的催化重整反应网络 ,将重整物料按分子大小集总为C6、C7、C8和C+ 9,每一个碳数的化合物又划分为正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃 4个集总 ,裂化产物C-5作为一个集总。集总组分与组分之间主要发生烷烃脱氢环化、环烷烃脱氢芳构化、烷烃异构化和加氢裂化反应 ,简化了一些发生几率小或对过程影响小的反应 ,如芳香烃和环烷烃的开环裂化反应、C-5组分的二次裂化反应等。以此反应网络建立的动力学模型比较简单实用 ,能更好地预测产品的芳烃产率分布和汽油辛烷值。

芳烃型催化重整集总反应动力学模型

按集总理论指导原则,从催化重整反应机理出发,针对以生产芳烃为主要目的的重整装置,提出了1个包含27个集总、52个反应的催化重整反应动力学模型,并以移动床连续重整径向反应器为基础建立了相应的数学模型。该模型将C8芳烃进一步细分为乙苯和二甲苯2个集总,将C9芳烃进一步细分为三甲苯、甲乙苯和丙苯3个集总。采用工业实测数据估计了相应的111个模型参数。结果表明,所得动力学参数符合经典的双功能催化重整反应机理,由失活常数结果可见,酸中心失活比金属中心失活更为严重。通过UOP连续重整工业装置的模拟计算对模型进行了验证,结果表明,该模型能较准确地预测各反应物出口质量含量和催化剂出口积炭含量。该模型可为芳烃型重整装置的优化及产品组成预测提供重要依据。

重油接触裂解制乙烯集总反应动力学模型研究

从重油接触裂解 (HCC)工艺特点出发 ,在分析HCC工艺原料油结构族组成、考察不同原料油HCC反应行为的基础上 ,利用集总的方法 ,建立了HCC工艺 1 6集总反应动力学网络 (物理模型 ) ,并推导建立了数学模型。该模型体现了反应温度、反应压力、剂油比、水油比及催化剂活性等因素的影响 ,能够比较准确地描述HCC工艺的反应行为。采用分层测定和多参数估算方法 ,求取了反应网络中 70个反应速率常数和相应的活化能 ,并对该模型进行了实验验证。结果表明 ,模型计算值与实测值吻合良好 ,各产品产率计算值与实测值的绝对偏差一般在 0 5%左右 。

催化重整集总动力学模型的建立及其在线应用

按照集总理论的指导原则,在原17集总反应网络的基础上,提出了一种包含20个集总组分、31个反应的催化重整动力学模型.该模型进一步细分了八碳芳烃组分,并考虑了烷烃组分的所有加氢裂化反应.在某工业连续重整装置上的验证结果表明,所建立的20集总模型可以精确地模拟包括八碳芳烃4个异构体在内的反应产物组成;与原17集总模型相比,裂化产物的预测精度明显提高.随后,采用特定的在线预测和校正策略,将该模型用于在线预测此连续重整过程的总芳烃收率、各芳烃组分收率以及重整油辛烷值,在进料和反应操作条件较大的变化范围内,在线预测趋势和预测精度均令人满意.总芳烃收率和重整油辛烷值的平均预测偏差仅分别为0.52%和0.36,与离线模拟精度相当.

大庆重石脑油蒸汽热裂解集总动力学模型

通过对自建小型裂解装置实验数据的分析,建立了大庆重石脑油蒸汽热裂解反应8集总动力学物理模型,并用Matlab语言对Marquardt++法进行编程求取了该物理模型的动力学参数。通过对模型计算值与实验值的相对误差分析表明:原料集总因分得较少,相对误差较大,约为10%,但主要产品产率的最大相对误差不超过7%,其中乙烯产率的平均相对误差为1.62%,说明所建模型较好地反映了大庆重石脑油蒸汽裂解反应规律,可以较好地预测主要产品分布。

渣油催化裂化集总动力学模型的研究与应用

提出了一个用于渣油催化裂化过程的十四集总动力学模型 ,该模型的建立以大庆渣油为原料 ,采用了DVR 1渣油催化裂化催化剂。使用此模型分别在中型提升管反应器和工业提升管装置的多种反应条件下 ,对渣油催化裂化过程的产率进行了计算。用该模型计算的产率与相同反应条件下的中型试验数据进行比较 ,各产品产率的平均误差最大值为 0 .6 3% ;与工业标定数据比较 ,各产品产率的平均误差最大值为 0 .81%。

催化裂解过程分子尺度反应动力学模型研究

以工业数据为基础,运用结构导向集总方法来构造烃分子,对催化裂解原料油进行了分子尺度上的Monte Carlo模拟。在深入研究催化裂解反应机理的基础上,以原料油模拟产生的分子矩阵作为反应物分子,将结构导向集总方法与Monte Carlo方法相结合,建立了催化裂解过程分子尺度的反应动力学模型。结果表明:Monte Carlo方法可以在分子尺度上实现对催化裂解原料较好的模拟,产品产率和汽油组成与实际值能较好地拟合。且随着虚拟分子数的增加,对原料油性质和反应结果的模拟计算精度提高;模型具有较好的适应性和外推性。