原油直接催化裂解UPC工艺过程模拟与反应参数多目标优化

原油直接催化裂解技术可以实现从原油到三烯(乙烯、丙烯、丁烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯)的一步跨越,对我国炼化行业的转型升级具有重要意义。以全馏分石蜡基中原原油(159~780℃)为原料,采用混合馏分结构与分子组成集总建模策略,对原油直接催化裂解制烯烃(UPC)反应过程进行建模与工艺参数校准,并基于工业试验数据验证了其准确性。以多产烯烃、控制焦炭生成为目的,利用NSGA-Ⅲ多目标优化算法对模型进行了优化,得到优化后的操作参数。采用优化后的操作参数,即在第一段预热闪蒸温度为194.32℃、第二段预热闪蒸温度为228.16℃、第一段提升管反应器出口温度为615.73℃、第二段提升管反应器出口温度为622.59℃的条件下,UPC工艺得到的乙烯和丙烯收率之和为53.367%,焦炭收率为8.311%。此外,由于现行税费体系燃料型工艺路线税收贡献明显高于化工型工艺路线,UPC工艺参数优化后,烯烃收率大幅度提升,燃料油收率大幅度下降,原油生产总值降低44.30元t。

基于分子水平的催化裂化与加氢精制过程耦合模拟与智能优化

石油化工行业流程模拟软件对外依存度极高,且国Ⅵ燃油标准对汽油、柴油中特定分子或组分含量提出了更严苛要求,急需在分子层面认识石油组成并通过分子级的耦合模拟与智能优化,实现对汽油、柴油质量指标的精准调控。以分子炼油为指导,基于结构导向集总(SOL)方法,构建了分子水平的催化裂化(FCC)与加氢精制过程耦合模型。通过耦合模型揭示了油品分子的协同转化规律,研究了反应温度对产物分布的影响机制。结果表明:当FCC反应温度由500℃升高到560℃时,甲基戊烷与甲基戊烯的质量比从2.90降低到1.63,从分子水平上阐明了较低的反应温度有利于氢转移反应,有助于降低汽油中烯烃含量。当汽油加氢精制反应温度由220℃升高到280℃时,汽油中二甲基噻吩的质量分数从3.87 mg/kg减少到1.35 mg/kg,从分子水平上阐明了较高的反应温度有利于加氢脱硫反应,有助于降低汽油中硫含量。通过分子级的耦合模拟与智能优化,可为汽油、柴油质量指标的精准调控提供指导,以期为智慧炼油厂建设提供基于反应机理的基础模型。

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。

重油加氢过程集总动力学研究进展

加氢裂化是炼油与石化行业的关键技术,借助反应动力学建模来深入理解加氢裂化反应机理具有重要的理论和现实意义。对重油馏分加氢动力学模型的研究进展进行了综述,系统介绍了建模方式对应模型参数的计算方法和对产物的预测方法;论述了反应动力学建模从初期简单地从宏观角度按照馏程划分的离散集总模型、根据生产方案划分的连续集总模型,发展到在复杂微观的分子水平上建立集总模型的过程;从预测产品成分的能力、参数估计的难度、速率系数和进料依赖性以及所需实验数据等方面,对不同模型的优缺点进行了比较;突出说明了集总模型的工业实用性和分子集总中分子层次反应网络构建及求解方法。根据建模难易程度、计算机运算能力及分析技术发展趋势,对集总动力学模型的发展前景进行了展望。

基于分子水平模型的延迟焦化产物分布与性质预测

为实现延迟焦化过程石油分子的高效利用,基于结构导向集总方法建立了分子水平的延迟焦化反应过程模型。模型能够模拟延迟焦化反应体系中分子的反应路径,定性定量描述分子在反应器中的浓度变化,预测产物收率与族组成和典型分子含量。基于分子结构对分子性质的决定作用,建立了结构单元贡献法油品性质计算模型,用于计算汽油和柴油分子的沸点和密度、汽油分子的辛烷值和柴油分子的十六烷值。结合相应的性质混合规则,模型对汽油和柴油馏程点的预测误差不大于5.0℃,汽油和柴油密度的预测误差不大于3.00 kg/m^(3),汽油研究法辛烷值的预测误差不大于1.2个单位,柴油十六烷值的预测误差不大于0.6个单位。结合结构单元贡献法的分子水平延迟焦化模型拓展了结构导向集总模型的预测功能,可以为延迟焦化过程油品的分子管理提供数据支持。

基于分子集总的催化裂化柴油轻重切割优化研究

针对某炼油厂催化裂化柴油(催柴)加工氢耗高的问题,基于分子集总进行加氢反应及精馏切割的研究。通过Aspen HYSYS软件对现场实际工况进行建模,利用分子集总进行催柴的原料表征,基于分子集总分析催柴精馏切割后对不同分子的提浓作用,并通过加氢反应建模评价分子提浓后氢耗、产品性质及下游综合利用的变化,从而定量计算轻、重催柴分炼后的产品性质及整体效益。结合现场工况,将76.5 t/h的催柴以290~310℃为切割点进行精馏切割,其中轻催柴送至加氢精制装置,重催柴送至加氢改质装置,从而可提高催化柴油加氢过程的选择性,有效避免单环芳烃、环烷烃分子过度饱和、开环。通过建模分析及优化计算,催柴加氢过程纯氢耗量降低2 380 m3/h,折合全厂催柴加工氢耗降低9.9%。结合轻重切割能耗等成本,方案综合效益约为1 574万元/a。

炼化分子层级反应机理模型研究进展

炼化装置分子层级的机理模型是近年来石化行业新的研究热点。阐述了石油分子表征和分子层级机理建模常用方法的原理和特点,梳理了分子表征方法在炼化装置分子机理模型研究中的进展,对比分析了不同建模方法的优势和适用目标,最后对炼化分子层级机理模型研究未来的发展方向进行了展望。

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。

基于结构导向集总模拟渣油分子组成

基于结构导向集总方法,采用22种结构向量描述渣油分子,并结合分子集总性质数据和模拟退火算法,建立了一种模拟渣油分子组成的方法。结果表明,该方法用7 004种分子集总代表渣油分子组成,模拟计算得到渣油的各种平均物理性质与实测值基本吻合,可用于表征真实渣油的性质。

催化裂化复杂反应体系动力学模型研究进展

系统介绍催化裂化复杂反应体系反应动力学模型研究进展,其中包括关联模型、集总模型和分子模型。对这些模型的建立原则、计算方法、工业应用等方面进行了深入分析,总结了各类模型建立的一般原则和规律,并对其未来的发展方向作了预测。

基于结构导向集总的渣油分子组成矩阵构建模型

渣油组成信息对重油轻质化加工工艺的选择具有重要的指导作用,但由于渣油组成的复杂性,传统方法难以对其组成进行分子水平的描述。采用结构导向集总方法,设计了包含烃类结构、杂原子结构及重金属结构的21个结构单元,构建了代表渣油分子组成的55类共2 791种典型分子的结构向量。采用模拟退火算法计算渣油的分子组成矩阵,使烃类组成信息和平均分子结构参数的计算值与仪器测定值相吻合,构建了基于结构导向集总的渣油分子组成计算模型。结果表明,采用该模型对渣油进行分子组成矩阵构建后,渣油的残炭、密度等性质指标和芳碳率、芳环数等结构参数的计算值和实验测定值吻合较好。表明基于结构导向集总方法可以对渣油组成进行分子水平的定量描述。

基于分子集总的氢阱装置的模拟与优化

为了降低氢阱装置氢耗,提高氢气利用效率,基于分子集总对氢阱装置进行模拟与优化。以某炼厂800 kt/a催化裂化柴油改质装置为例,通过Aspen HYSYS软件对加氢反应过程进行分子集总模拟,建立了能准确反映装置现场运行工况的模型,分析了温度、压力、氢源对反应的影响以及装置的氢耗,并以此为依据提出优化方案。在保持柴油产品多环芳烃含量不变的前提下,优化方案可降低装置氢耗5.5%,同时降低循环氢压缩机及原料加热炉负荷,共降低装置操作费用868万元/a。

加氢裂化反应动力学模型研究及应用进展

加氢裂化技术在石化行业中的地位已举足轻重。为深入了解加氢裂化反应规律、优化工业装置运行工艺条件和产品分布,实现炼化企业智能化和效益最大化的目标,科研人员对加氢裂化反应动力学模型做了广泛的研究。对加氢裂化反应动力学模型相关研究及应用进展做了综述,介绍了加氢裂化反应动力学模型研究历程,研究目标从初期简易宏观的关联模型发展为按馏程或其他生产方案需求划分的传统、连续集总模型,再进一步发展为复杂微观的分子集总模型;概述了不同加氢裂化反应动力学模型的应用情况,突出说明了传统集总模型的工业实用性和分子集总模型原料、产品适用性;指出有效地将关联、集总模型(尤其是分子集总)结合利用,开发一种全面的混合动力学模型,将是未来加氢裂化以及其他石油加工过程反应动力学模型研究中极具意义和挑战的工作。

基于分子热力学性质和密度峰聚类的脱硫汽油集总

随着石油分子管理技术的进步,石油及其下游的汽油等产品逐渐以其真实分子组成进行表征。而油品的分子表征在带来更详实信息的同时,也导致炼油过程模拟与优化模型的规模和计算量急剧上升。针对这一问题,应用无须事先确定类别数的密度峰聚类技术,并基于真实组分的热力学性质对油品进行集总,从而以少量虚拟组分对产品油进行充分表征。针对某装置的脱硫汽油集总结果表明,所提出的密度峰聚类集总方法极大地降低了表征汽油产品的分子数目,并在保证模拟精度的同时,有效地提高了汽油分馏塔的模拟计算效率。

基于结构导向集总的分子级催化重整过程建模方法

本文提出了一种基于结构导向集总的催化重整过程建模方法,能够从分子水平描述催化重整过程原料分子到产物分子的转化过程,所述方法包括以下步骤:(1)采集催化重整过程原料和反应产物的样品,进行分子组成分析;(2)根据反应器及使用催化剂的特征建立反应规则集;(3)使用原料分子组成与反应规则自动生成反应网络;(4)估算反应过程的转化率;(5)调整反应深度,计算催化重整过程产物的分子组成;(6)对照计算的分子组成结果与实际分析的分子组成数据,计算模型预测误差;若实际分析分子组成数据与预测计算结果之间误差较大,重复步骤(4)～(6),直到最终的模型预测结果与实际分析检测数据误差满足精度要求。根据该方法建立分子级的催化重整过程模型,使用352种原料分子,17条反应规则,建立反应网络,包含中间产物、产品分子533种,共有分子反应转化路径617条。针对不同的工况,模型的预测结果的平均相对误差小于3%。根据所得到的模型,可以对催化重整过程进行更精细的优化,或者为炼油全流程计划优化模型提供预测数据。

石油组分分子水平划分方法研究进展

介绍了集总方法、结构导向型集总、BE矩阵、布尔邻接矩阵的概念、优缺点及相应的动力学模型和工具,回顾了近年来国内外学者利用以上几种石油组分划分方法在动力学研究方向的科研成果。指出分子水平的石油组分划分方法更能适应石油加工过程中原料、催化剂和操作条件的多样性变化趋势及日益严格的环保要求,将成为未来主要的研发方向。

基于结构导向集总的石油馏分分子重构模型

为了对石油馏分进行分子层面的研究,从而实现炼油过程的分子管理,该文在结构导向集总模型的基础上提出了一种新的石油馏分分子重构模型。首先,模型选取了22个基本结构并对相关约束条件进行了设定。然后,利用Monte Carlo方法随机生成1 000个虚拟分子。最后,根据信息熵最大化原则调整虚拟分子含量。将此模型应用于石油馏分的分子重构,各项性质的计算结果与实验标定数据的相对误差小于3%。