低碳烴自由基裂解反應模型開發(fā)及應用.pdf

1、乙烯工業(yè)總體上代表著一個國家的石油化學工業(yè)水平。管式爐蒸汽熱裂解制乙烯在乙烯生產中占據(jù)統(tǒng)治地位。我國乙烯生產能力目前已經超過2000萬噸/年，居世界第二位。乙烯產業(yè)的巨大規(guī)模決定了裂解技術上的提高，會產生巨大的效益。裂解反應模型是裂解爐的核心技術，它的建立對于裂解工藝開發(fā)、裂解爐設計以及操作優(yōu)化具有重要意義。本文研究并建立了低碳烴自由基裂解反應模型，并以其指導丁烯原料應用，取得了明顯效果。具體內容如下:
　　1.通過圖論數(shù)據(jù)結構和

2、算法對烴類化學反應網(wǎng)絡的構建過程進行建模。采用量子化學方法求算低碳烴熱力學和動力學參數(shù)，優(yōu)化計算方法，以正戊烷為樣本，計算得到包括自由基引發(fā)反應、吸氫反應、β-斷裂反應以及自由基耦合反應等類型在內的反應動力學參數(shù)，作為自生成反應網(wǎng)絡模型的反應參數(shù)庫。在此基礎上，篩選反應物種，定義反應規(guī)則，建立了低碳烴熱裂解自由基反應網(wǎng)絡自生成模型。
　　2.設計正戊烷蒸汽熱裂解模擬實驗，通過改變停留時間和COT等工藝參數(shù)，獲得在不同反應條件下的產

3、物分布情況，為模型校正和計算結果對比提供試驗數(shù)據(jù)。
　　3.構建了低碳烴熱裂解自由基反應模型。定義正戊烷熱裂解反應模型的輸入輸出文件結構，建立軟件架構;通過對裂解爐輻射段爐管的物流進行微元分割，結合前面得到的低碳烴自由基反應網(wǎng)絡，對微元段構建質量、能量以及動量平衡方程;以入口的狀態(tài)條件作為邊界條件，對建立的剛性微分方程組進行數(shù)值求解，得到裂解爐輻射段出口的產物收率。然后通過優(yōu)化算法參數(shù)、優(yōu)化程序運算方式，有效提高了模型計算效率。進

4、一步優(yōu)化反應網(wǎng)絡自生成模型，獲得兼顧高效性和準確性的反應網(wǎng)絡。利用優(yōu)化得到的反應模型，對正戊烷裂解反應進行模擬，主要產物收率與裂解試驗結果一致。
　　4.采用開發(fā)的低碳烴裂解反應模型，對非常規(guī)裂解原料——碳四烯烴的裂解性能進行研究。通過模擬碳四烯烴裂解反應過程，發(fā)現(xiàn)產物中丁二烯收率高于常規(guī)裂解原料。通過對工廠提供的富烯烴碳四物料進行模擬裂解試驗，驗證了模型預測結果。采用石腦油混合富烯烴碳四物料作為裂解原料，在工業(yè)裂解爐進行生產操作