中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,該方法的具體過程為:步驟a,加氫裂化反應虛擬集總組分劃分;步驟b,加氫裂化集總動力學模型基本假設(shè);步驟c,加氫裂化總反應網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建;步驟d,建立加氫裂化集總反應動力學模型;步驟e,確定各步反應的動力學參數(shù),選取目標函數(shù);步驟f,模型驗證;通過實驗對比驗證所建立的中溫煤焦油加氫裂化動力學模型的外推性能和預測能力。本發(fā)明對中溫煤焦油全餾分加氫裂化反應過程建立了六集總動力學模型,通過試驗驗證,模型預測結(jié)果相對誤差小于3%,證明該模型對中溫煤焦油全餾分加氫裂化反應過程有較好的解釋和預測能力。
【專利說明】中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤焦油領(lǐng)域,尤其涉及一種中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界石油資源的短缺且價格不斷上漲,尋求可替代能源受到了廣泛關(guān)注。面對“富煤少氣”的資源現(xiàn)狀,中國面臨的能源問題更加嚴峻。中國每年在煤熱解過程中產(chǎn)生大量煤焦油,除了少量用于化工產(chǎn)品提取外大部分都用于直接燃燒,造成資源極大浪費和環(huán)境污染。因此,開發(fā)煤焦油加氫制取清潔的液體燃料技術(shù)對于我國有著緊迫的現(xiàn)實意義。
[0003]集總動力學思想為將復雜反應體系按某種原則歸納為若干可視為純化合物的虛擬集總組分,然后去開發(fā)這些虛擬集總的反應網(wǎng)絡(luò)及動力學模型[1_6]。現(xiàn)有文獻對集總動力學的研究大都集中在對石油餾分的分析上。如王建平[7]等人以渣油四組分為基礎(chǔ)建立了七集總動力學方程,通過龍格-庫塔(Runge-kutta)和變尺度法(BFGS)獲得動力學參數(shù),通過試驗驗證此方程具有良好的解釋及預測能力;劉傳文M等人建立了孤島渣油七集總動力學方程,考慮到反應物結(jié)構(gòu)的變化構(gòu)造出了計算函數(shù),通過試驗表明,考慮結(jié)構(gòu)變化時計算值與試驗值有較好的一致性。
[0004]現(xiàn)有文獻對于煤焦油加氫的集總動力學研究較少,主要是集中在切割餾分的中低溫煤焦油的加氫研究上,且集總的劃分局限在以固定餾程劃分的思想中[9]。如Fei Dai[10]等人提出了一種含有19個速率常數(shù)的八集總動力學方程,原料油按照餾程劃分為4個集總,產(chǎn)品油按照固定餾程劃分為汽油、柴油、氣體以及焦炭4個集總;動力學方程以龍格-庫塔(Runge-kutta)法進行求解,通過最小二乘法進行最優(yōu)化擬合,最終得到優(yōu)化的動力學參數(shù)。通過驗證,此種劃分方法能較好地預測和解釋試驗,但經(jīng)過進一步研究分析,此方法同時存在適用范圍小,研究對象不明顯等不足之處。對于煤焦油加氫裂化虛擬組分集總的劃分,一般方法是按照餾程劃分,而在全餾分加氫的集總動力學研究,中溫煤焦油餾分寬的特性使得這一劃分方法難以進行,且煤焦油中含有大量不同類型的烴類和非烴類,按照雜原子的劃分集總又體現(xiàn)不出主要的研究對象。
[0005]針對上述的一些不足之處,本創(chuàng)作進行了一些必要的改進。原料油的劃分上,以石油產(chǎn)品的四組分為標準進行劃分,分為膠質(zhì)+浙青質(zhì)、芳香烴和飽和分三個集總,產(chǎn)品油分為柴油、汽油以及氣體三個集總。此種劃分方法較上述方法更能適用于全餾分的中低溫煤焦油加氫動力學過程研究,同時結(jié)合煤焦油的組成情況能夠很好地體現(xiàn)研究的主要對象。
[0006]鑒于上述缺陷,本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。
[0007]( 申請人:應注意,【背景技術(shù)】僅是為了突出本專利的技術(shù)背景以及要解決的技術(shù)問題,凡是,已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術(shù),均可以作為【背景技術(shù)】的內(nèi)容, 申請人:不必擔心,批判他人的技術(shù)的后果。)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0009]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,該具體過程為:
[0010]步驟a,加氫裂化反應虛擬集總組分劃分;
[0011]步驟b,加氫裂化集總動力學模型基本假設(shè);
[0012]步驟C,加氫裂化總反應網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建;
[0013]步驟d,建立加氫裂化集總反應動力學模型;
[0014]步驟e,確定各步反應的動力學參數(shù),選取目標函數(shù);
[0015]步驟f,模型驗證;通過實驗對比驗證所建立的中溫煤焦油加氫裂化動力學模型的外推性能和預測能力。
[0016]進一步,在上述步驟a中,將加氫裂化反應網(wǎng)絡(luò)分為原料油和生成油兩方面;中溫煤焦油加氫裂化集總動力學模型的各集總劃分如下:集總1-浙青質(zhì)+膠質(zhì);集總2-芳香烴;集總3-飽和烴;集總4-柴油餾分;集總5-汽油餾分;集總6-氣體;其中,集總1、2、3均為重質(zhì)組分,集總4、5、6均為輕質(zhì)組分。
[0017]進一步,在上述步驟d中,中溫煤焦油加氫裂化集總動力學反應網(wǎng)絡(luò)的反應速率方程,如下式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,其特征在于,該具體過程為: 步驟a,加氫裂化反應虛擬集總組分劃分; 步驟b,加氫裂化集總動力學模型基本假設(shè); 步驟C,加氫裂化總反應網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建; 步驟d,建立加氫裂化集總反應動力學模型; 步驟e,確定各步反應的動力學參數(shù),選取目標函數(shù); 步驟f,模型驗證;通過實驗對比驗證所建立的中溫煤焦油加氫裂化動力學模型的外推性能和預測能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,其特征在于,在上述步驟a中,將加氫裂化反應網(wǎng)絡(luò)分為原料油和生成油兩方面;中溫煤焦油加氫裂化集總動力學模型的各集總劃分如下:集總1-浙青質(zhì)+膠質(zhì);集總2-芳香烴;集總3-飽和烴;集總4-柴油餾分;集總5-汽油餾分;集總6-氣體;其中,集總1、2、3均為重質(zhì)組分,集總4、5、6均為輕質(zhì)組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,其特征在于,在上述步驟d中,中溫煤焦油加氫裂化集總動力學反應網(wǎng)絡(luò)的反應速率方程,如下式所示:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,其特征在于,在上述步驟d中,加氫裂化反應動力學模型中的各反應速率,如下式所示:
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中溫煤焦油全餾分加氫裂化集總動力學模型建模方法,其特征在于,在上述步驟e中,根據(jù)擬合最優(yōu)原則來確定各步反應的動力學參數(shù),采用試驗值與計算值的殘差作為參數(shù)估計的目標函數(shù),目標函數(shù)以F(t)表示,具體為如下式所示:
【文檔編號】G06F17/50GK103914595SQ201410126586
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】李冬, 李穩(wěn)宏, 孫晉蒙, 孫智慧, 朱永紅, 李學坤, 崔樓偉 申請人:西北大學