石脑油裂解制乙烯机理模型研究.

LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogisticsLiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics乙烯生产过程操作优化东北大学物流优化与控制研究所辽宁省制造系统与物流管理重点实验室石化过程系统工程(PSE)研究室LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.机理模型参数确定4.下一步的工作内容LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.机理模型参数确定4.下一步的工作内容LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程蒸汽裂解炉蒸汽裂解炉品牌主要有凯洛格公司的毫秒裂解炉，美国鲁姆斯生产的SRT型裂解炉、斯通-韦伯斯特USC型裂解炉、荷兰国KTI公司的GK型裂解炉等。对流段石脑油稀释蒸汽辐射加热产品裂解管燃料(1)石脑油原料进入到对流段进行加热；(2)稀释蒸汽进入到对流段，与石脑油汇同并完全汽化；(3)混合气体进入到辐射段的炉盘管中并迅速发生裂解反应，生成以乙烯、丙烯为主的裂解气;(4)裂解气产品被送往下游工序进行分离。LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程SW型炉炉管结构图炉膛结构为两面受辐射的单排管LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.机理模型参数确定4.下一步的工作内容LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型Kumar模型包括1个一次反应和21个二次反应，其试验结果表明21个二次反应的选择性系数固定，而一次反应选择性系数应随着石脑油种类的不同而变化。LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型在分子反应动力学模型中，Kumar模型应用最为广泛并且被证明具有较高的精度，在工业裂解炉的建模中取得了比较好的效果。LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogisticsKumar分子反应动力学模型(1-1)(1-2)质量平衡方程动量平衡方程2.机理模型介绍LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型(1-3)能量平衡方程将炉膛内的温度分布看作是拟一维模型，即炉膛内的烟气温度分布只与高度有关，同一高度上的烟气温度相同。再根据辐射室的烟气分布模型，可以得到能量平衡方程根据以上三式可以中顺沿各微元段逐段求解，直至反应管出口，进而得到乙烯、丙烯等组分的产率。LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar结焦模型烃类蒸气热裂解不可避免的会在裂解炉管内壁生成一层焦体，焦体的厚度随裂解时间的延续会逐步增加，且沿炉管长度的空间分布也不相同。炉管结焦会造成两个个不良后果：•一是增加了管壁的热阻，影响传热效果，若维持裂解深度，则将提高管壁温度，增加能耗；•二是结焦使得管内径减小，管内压降增加，从而降低了乙烯的收率。当管壁温度达到允许极限或压降达到允许极限时，裂解炉就得停炉清焦；清焦次数的增加将对乙烯生产、燃料消耗、炉管寿命等都带来不利影响。LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics2.机理模型介绍Kumar结焦模型其中，其中Ca为芳香烃浓度，EC为结焦反应活化能(MJ/kmol)。结焦速率方程其中，其中ρc为焦层密度。相应的每一微元段的新流通内径为：在单位时间内反应管每一微元段的平均焦层厚度增量为:LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.机理模型参数确定4.下一步的工作内容LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.机理模型参数确定3.1质量平衡方程(1-1)LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.1质量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.1质量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.1质量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.2动量平衡方程3.机理模型参数确定动量平衡方程LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.2动量平衡方程3.机理模型参数确定组分i的分子量有些组分的分子量还需要查询资料：如1-CnH2n-6、C6+等LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.2动量平衡方程–气体的粘度3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.2动量平衡方程–气体的粘度3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.2动量平衡方程–气体的粘度3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定能量平衡方程将炉膛内的温度分布看作是拟一维模型，即炉膛内的烟气温度分布只与高度有关，同一高度上的烟气温度相同。再根据辐射室的烟气分布模型，可以得到能量平衡方程LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics3.3热量平衡方程3.机理模型参数确定LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.机理模型参数确定4.下一步的工作内容LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics4.下一步的工作内容已经完成的内容四阶龙格-库塔法解常微分方程组的程序应用于石脑油裂解反应的多目标优化算法还需要进行的工作机理模型参数的确定基于数据驱动的油藏操作优化SW型炉石脑油裂解制乙烯生产过程操作优化系统的开发石脑油裂解过程产物产率的在线预测LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统模块设计与功能实现LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics炉型结构组态模块EPSOS内嵌的炉型建模模块PipePainter可以对不同炉型进行可视化灵活组态。组态模块根据裂解炉炉型的特点把整个炉管分成不同类型的组件，例如长直管、弯头、三通等等，可以直接使用这些组件非常灵活地建模。5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics一次反应选择性系数的反推计算模块5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics裂解炉的模拟模块5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics优化计算模块5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics结果显示模块5.工业应用–乙烯裂解炉模拟优化系统