專利名稱：一種38集總的連續(xù)重整裝置反應器建模方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)重整裝置反應器建模方法，具體地說，是一種基于集總理論與催化重整反應機理將反應物料劃分為38個虛擬組分并建立其反應網(wǎng)絡，進而根據(jù)反應器結構特點建立反應器動力學模型的方法。
背景技術：
催化重整是煉油和石油化工工業(yè)中最重要的加工工藝之一，是從石油生產芳烴和高辛烷值汽油組分的主要工藝過程，同時富產氫氣，是加氫裝置用氫的重要來源，在石油化工企業(yè)中占有重要的地位。催化重整以石腦油(主要是c6_c12的碳氫化合物，大概有 300多種純組分)為原料，在一定操作壓力和催化劑的作用下，烴分子發(fā)生重新排列，使環(huán)烷烴和烷烴轉化為芳烴或異構芳烴，同時產生氫氣，主要發(fā)生以下幾種反應環(huán)烷烴脫氫芳構化、烷烴脫氫環(huán)化、異構化、芳烴氫解、烷烴加氫裂化等[1-2]。據(jù)相關資料統(tǒng)計，2008年世界各國或地區(qū)總的催化重整能力占原油加工能力的比例平均為13. 42%，截至2009年6月，我國催化重整裝置總加工能力為30. 89 Mt/a，約占原油加工能力的7. 98%，我國催化重整能力占原油加工能力的比例低于世界平均水平。近年來，原油供應不斷短缺、價格上漲，石化企業(yè)成本提高，面臨嚴峻考驗。催化重整作為主要的石油二次加工過程之一，其裝置挖潛增效、節(jié)能降耗的要求日益凸顯。Davood Iranshahi 等人[3-4]提出了用改變反應器結構的方法來提高重整裝置效益的方法，但對于既定的設備來說，這類方法的可操作性不強。反應器是重整裝置的核心，利用流程模型技術對重整反應過程進行模擬，進而指導生產和設計，優(yōu)化各操作參數(shù)是提高裝置經(jīng)濟效益有效可行的辦法。重整過程包含許多化學反應，建立嚴格基于機理的反應動力學模型是進行流程模擬的核心和關鍵。然而參與催化重整反應的化合物達300多種，直接處理如此多的組分，建立其詳細的反應動力學模型是不可能實現(xiàn)的。60年代，麻省理工學院教授Wei提出了研究復雜反應體系的集總理論[5]，所謂集總，就是利用物理和化學分析的手段，將復雜反應體系中那些動力學特性相似的組分用一個虛擬組分來代替。最早的催化重整動力學模型是 Smith[6]在1959年提出的，此模型將原料簡單的分為烷烴、環(huán)烷烴、芳烴3個虛擬組分，并假定這三種組分具有相同的碳原子數(shù)，該模型相當粗糙，它忽略了五元、六元環(huán)烷烴，正、異構烷烴之間的反應性能的差異，使用范圍較小。1972年Kmak[7]發(fā)表了 22集總組分重整反應動力學模型，包括35個反應，它對相同碳原子數(shù)正、異構烷烴以及五元、六元環(huán)烷烴進行了細分，相比Smith模型，它提高了模型精度，但對C8以上組分仍分得比較粗糙。Mobil公司的Ramage等人[8]于1980年提出了一個包含24個反應的13集總重整動力學模型，它對五元、六元環(huán)烷烴進行了區(qū)分，但沒有考慮正異構烷烴間的差異。80年代末Froment等人[9]提出了包含84個反應的28集總催化重整動力學模型，此模型對反應物料的劃分比較細致，是一個比較接近實際的模型。90年代國內的解新安等人[10]提出了與Froment類似的動力學模型，翁惠新等人[11]在Ramage等人提出的13集總模型基礎上，提出了包含27個反應的16集總模型，但沒有區(qū)分C8以上烴類。 對重整反應動力學的研究大大推進了重整工業(yè)的進步，但是依然存在著集總組分劃分普遍不夠詳細，模型精度不足等缺陷，這主要是由于缺乏足夠的原料組分分析數(shù)據(jù)、復雜模型難以求解。然而隨著近年來計算機技術的飛速發(fā)展和實驗室化驗分析條件的不斷改善，這些困難已不再成為瓶頸問題。針對以上情況，本發(fā)明基于工業(yè)重整裝置，提出了一種包含86個反應的38集總重整反應動力學模型，充分利用了先進的化驗分析手段，覆蓋了反應物料的絕大部分信息，模型更加接近實際反應，精度大大提高，可以滿足現(xiàn)代重整裝置流程模擬的需要。參考文獻侯祥麟.中國煉油技術.北京中國石化出版社，2001徐承恩.催化重整工藝與工程.北京中國石化出版社，2006D. Iranshahij E. Pourazadij et al. (2010). Modeling of an axial flow, spherical packed-bed reactor for naphtha reforming process in the presence of the catalyst deactivation, International Journal of Hydrogen Energy, 35: 12784-12799D. Iranshahij E. Pourazadij et al. (2011). Enhancement of aromatic production in naphtha reforming process by simultaneous operation of isothermal and adiabatic reactors. International Journal of Hydrogen Energy, 36: 2076-2085Wei J.，Proter C. D. (1969). A Lumping Analysis in Monomolecular Reaction System. Ind. Eng. Chem. Fund.，8(1) : 114-124Smith, R. B. (1959). Kinetic Analysis of Naphtha Reforming with Platinum Catalyst. Chem. Eng. Prog.，55(6) : 76-88Kmak W. S. (1972). A Kinetic Simulation Model of the Powerforming Process. AIChE Meeting, Houston, Texas, 3: 72Ramage M. P. , et al. (1980). Development of Mobil’ s Kinetic Reforming Model. Chem. Eng. Sci.，35: 41-48Froment G. F. (1987). The Kinetic of Complex Catalytic Reactions. Chem. Eng. Sci. , 42(5) : 1073-1087解新安等(1995).催化重整反應動力學模型的建立及其工業(yè)應用(1).煉油設計，25(6) 49-51翁惠新等(1994).催化重整集總動力學模型(I).化工學報，45(4): 407-41I0

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有重整反應模型的不足，提供一種38集總的連續(xù)重整裝置反應器建模方法，以提高模型精度，適應現(xiàn)代重整裝置流程模擬的需要。本發(fā)明提供的38集總的連續(xù)重整反應器建模方法，其步驟如下 1) 基于“集總理論”，將反應物料細分為38個集總組分烷烴甲烷(P》、乙烷(P2)、丙烷(P3)、正異構丁烷(P4)、正異構戊烷(P5)、正己烷(nP6)、 異己烷(iP6)、正庚烷(nP7)、異庚烷(iP7)、正辛烷(nP8)、異辛烷(iP8)、正壬烷(IiP9)、異壬烷(iP9)、正癸烷(nP1Q)、異癸烷(iP1Q)、ll碳及以上正烷烴(nP11+)、ll碳及以上異烷烴 (iP11+)，共計17個集總；
環(huán)烷烴甲基環(huán)戊烷(5N6)、環(huán)己烷(6N6)、7碳環(huán)戊烷(5N7)、7碳環(huán)己烷(6N7)、8碳環(huán)戊烷(5N8)、8碳環(huán)己烷(6N8)、9碳環(huán)戊烷(5N9)、9碳環(huán)己烷(6N9)、10碳環(huán)戊烷(5N1Q)、10碳環(huán)己烷(6N1Q)、11碳及以上環(huán)戊烷(5N11+)、11碳及以上環(huán)己烷(6N11+)，共計12個集總；
芳烴苯(A6)、甲苯(A7)、對二甲苯(PX)、鄰二甲苯(0X)、間二甲苯(MX)、乙苯(EB)、9碳芳烴(A9)UO碳芳烴(Altl)Ul碳及以上芳烴(A11+)，共計9個集總； 2)根據(jù)重整反應機理，構建包括86個反應的38集總反應網(wǎng)絡該38集總反應網(wǎng)絡包括6個直鏈烷烴異構化反應、6個烷烴脫氫環(huán)化反應、6個環(huán)烷烴異構化反應、7個環(huán)烷烴脫氫芳構化反應、11個芳烴氫解反應、50個烷烴加氫裂化反應共86 個重整反應。3)根據(jù)反應器結構建立及前人研究成果建立重整反應模型方程組
權利要求
1.一種38集總的連續(xù)重整裝置反應器建模方法，其特征在于該方法包括如下步驟 步驟1.基于集總理論，將反應物料細分為38個集總組分；烷烴甲烷(P》、乙烷(P2)、丙烷(P3)、正異構丁烷(P4)、正異構戊烷(P5)、正己烷(nP6)、 異己烷(iP6)、正庚烷(nP7)、異庚烷(iP7)、正辛烷(nP8)、異辛烷(iP8)、正壬烷(IiP9)、異壬烷(iP9)、正癸烷(nP1Q)、異癸烷(iP1Q)、ll碳及以上正烷烴(nP11+)和11碳及以上異烷烴 (iP11+)，共計17個集總；環(huán)烷烴甲基環(huán)戊烷(5N6)、環(huán)己烷(6N6)、7碳環(huán)戊烷(5N7)、7碳環(huán)己烷(6N7)、8碳環(huán)戊烷(5N8)、8碳環(huán)己烷(6N8)、9碳環(huán)戊烷(5N9)、9碳環(huán)己烷(6N9)、10碳環(huán)戊烷(5N1Q)、10碳環(huán)己烷(6N1Q)、11碳及以上環(huán)戊烷(5N11+)和11碳及以上環(huán)己烷(6N11+)，共計12個集總；芳烴苯(A6)、甲苯(A7)、對二甲苯(PX)、鄰二甲苯(0X)、間二甲苯(MX)、乙苯(EB)、9碳芳烴(A9)UO碳芳烴(Altl)和11碳及以上芳烴(A11+)，共計9個集總； 步驟2.根據(jù)重整反應機理，建立包括86個反應的38集總反應網(wǎng)絡； 所述的38集總反應網(wǎng)絡包括6個直鏈烷烴異構化反應、6個烷烴脫氫環(huán)化反應、6個環(huán)烷烴異構化反應、7個環(huán)烷烴脫氫芳構化反應、11個芳烴氫解反應和50個烷烴加氫裂化反應，共86個重整反應；步驟3.在38集總反應網(wǎng)絡基礎上結合反應器結構建立重整反應動力學模型，
2.根據(jù)權利要求1所述的一種38集總的連續(xù)重整裝置反應器建模方法，其特征在于所述的包括86個反應的38集總反應網(wǎng)絡，具體為直鏈烷烴異構化反應，該反應可逆 nPj^iPj , j= 6,7,8,9,10,11+ ；烷烴脫氫環(huán)化反應，該反應可逆 HPj ^SNj +H2 , j = 6,7,8,9,10,11+ ；環(huán)烷烴異構化反應，該反應可逆
全文摘要
本發(fā)明公開了一種38集總的連續(xù)重整裝置反應器建模方法，該方法包括如下步驟1)將反應物料細分為38個集總組分；2)構建包括86個反應的重整反應網(wǎng)絡；3)在反應網(wǎng)絡基礎上結合反應器結構建立重整反應動力學模型方程組；4)將催化劑失活的影響累計到各重整反應動力學參數(shù)的估計當中，確定了86個模型參數(shù)，基于工業(yè)數(shù)據(jù)樣本，采用梯度下降法與BFGS變尺度優(yōu)化算法相結合的方法對模型參數(shù)進行估計。本發(fā)明基于重整反應的動力學機理，充分利用了先進的計算機技術和化驗分析條件，改進了重整模型的精度，使得重整裝置模擬更加接近實際反應，從而能為消除生產瓶頸、優(yōu)化各操作參數(shù)提供更具實際意義的指導，提高裝置的經(jīng)濟效益。
文檔編號G06F19/00GK102289579SQ201110220590
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權日2011年8月3日
發(fā)明者張泉靈, 梁超, 王連山, 蘇宏業(yè) 申請人:浙江大學