石脑油裂解制乙烯机理模型研究.ppt

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1、Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and LogisticsLiaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics乙烯生产过程操作优化乙烯生产过程操作优化东北大学物流优化与控制研究所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石化过程系统工程(PSE)研究室研究室Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics1.石石脑脑油裂

2、解制乙油裂解制乙烯烯生产过程生产过程2.机理模型介机理模型介绍绍3.机理模型参数确定机理模型参数确定4.下一步的工作内容下一步的工作内容Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics1.石石脑脑油裂解制乙油裂解制乙烯烯生产过程生产过程2.机理模型介机理模型介绍绍3.机理模型参数确定机理模型参数确定4.下一步的工作内容下一步的工作内容Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程蒸汽裂解炉蒸汽裂解炉 蒸蒸汽汽裂裂解解炉

3、炉品品牌牌主主要要有有凯凯洛洛格格公公司司的的毫毫秒秒裂裂解解炉炉，美美国国鲁鲁姆姆斯斯生生产产的的SRT型型裂裂解解炉炉、斯斯通通-韦韦伯伯斯斯特特USC型型裂裂解解炉炉、荷荷兰兰国国KTI公公司司的的GK型裂解炉等。型裂解炉等。对流段对流段石脑油石脑油稀释蒸汽稀释蒸汽辐射加热辐射加热产品产品裂解管裂解管燃料燃料(1)石脑油原料进入到对流段进行加热；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，与石脑油稀释蒸汽进入到对流段，与石脑油 汇同并完全汽化；汇同并完全汽化；(3)混合气体进入到辐射段的炉盘管中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、并迅速发生裂解

4、反应，生成以乙烯、丙烯为主的裂解气丙烯为主的裂解气;(4)裂解气产品被送往下游工序进行分离。裂解气产品被送往下游工序进行分离。Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics1.石脑油裂解制乙烯生产过程SW型炉炉管结构图型炉炉管结构图炉膛结构为两面受辐射的单排管炉膛结构为两面受辐射的单排管Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics1.石石脑脑油裂解制乙油裂解制乙烯烯生产过程生产过程2.机理模型介机理模型介绍绍3.机理模型参数确定机理模型参数确

5、定4.下一步的工作内容下一步的工作内容Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型分子反应动力学模型 Kumar模模型型包包括括1个个一一次次反反应应和和21个个二二次次反反应应，其其试试验验结结果果表表明明21个个二二次次反反应应的的选选择择性性系系数数固固定定，而而一一次次反反应应选选择择性性系系数数应应随随着着石石脑脑油油种类的不同而变化。种类的不同而变化。Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logi

6、stics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型分子反应动力学模型Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型分子反应动力学模型 在在分分子子反反应应动动力力学学模模型型中中，Kumar模模型型应应用用最最为为广广泛泛并并且且被被证证明明具具有较高的精度，在工业裂解炉的建模中取得了比较好的效果。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。Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics

7、Kumar分子反应动力学模型分子反应动力学模型(1-1)(1-2)质量平衡方程质量平衡方程动量平衡方程动量平衡方程2.机理模型介绍Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型分子反应动力学模型(1-3)能量平衡方程能量平衡方程 将将炉炉膛膛内内的的温温度度分分布布看看作作是是拟拟一一维维模模型型，即即炉炉膛膛内内的的烟烟气气温温度度分分布布只只与与高高度度有有关关，同同一一高高度度上上的的烟烟气气温温度度相相同同。再再根根据据辐辐射射室室的的烟烟气气分布模型，可以得到能量平

8、衡方程分布模型，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，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。进而得到乙烯、丙烯等组分的产率。Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics2.机理模型介绍Kumar结焦模型结焦模型 烃烃类类蒸蒸气气热热裂裂解解不不可可避避免免的的会会在在裂裂解解炉炉管管内内壁壁生生成成一一层层焦焦体体，焦焦体体的的厚厚度度随随裂裂解解时时间间的的延延续续会会逐逐步步增增加加，且且沿沿炉炉管管长长度度的的空空间间分分

9、布布也也不不相同。相同。炉管结焦会造成两个个不良后果：炉管结焦会造成两个个不良后果：一一是是增增加加了了管管壁壁的的热热阻阻，影影响响传传热热效效果果，若若维维持持裂裂解解深深度度，则则将将提提高管壁温度，增加能耗；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。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。当当管管壁壁温温度度达达到到允允许许极极限限或或压压降降达达到到允允许许极极限限时时，裂裂解解炉炉就就得得停停炉炉清清焦焦；清清焦焦次次数数的的增增加加将将对对乙乙烯烯生生产产、燃燃料料消消耗耗、炉炉管管寿寿命命等等都都带带来来不利影响不利影

10、响。Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics2.机理模型介绍Kumar结焦模型结焦模型其中，其中其中，其中Ca为芳香烃浓度，为芳香烃浓度，EC为结焦反应活化能为结焦反应活化能(MJ/kmol)。结焦速率方程结焦速率方程其中，其中其中，其中c为焦层密度为焦层密度。相应的每一微元段的新流通内径为：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在单位时间内反应管每一微元段的平均焦层厚度增量为:Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System

11、 and Logistics1.石石脑脑油裂解制乙油裂解制乙烯烯生产过程生产过程2.机理模型介机理模型介绍绍3.机理模型参数确定机理模型参数确定4.下一步的工作内容下一步的工作内容Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.机理模型参数确定3.1 质量平衡方程质量平衡方程 (1-1)Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.1 质量平衡方程质量平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Ma

12、nufacturing System and Logistics3.1 质量平衡方程质量平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.1 质量平衡方程质量平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.2 动动量平衡方程量平衡方程 3.机理模型参数确定动量平衡方程动量平衡方程Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and L

13、ogistics3.2 动动量平衡方程量平衡方程 3.机理模型参数确定组分组分i的分子量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Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.2 动动量平衡方程量平衡方程 气体的粘度气体的粘度 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.2 动动量平衡方程量平衡方程 气体的粘度气体的粘度 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory

14、 of Manufacturing System and Logistics3.2 动动量平衡方程量平衡方程 气体的粘度气体的粘度 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定能量平衡方程能量平衡方程 将将炉炉膛膛内内的的温温度度分分布布看看作作是是拟拟一一维维模模型型，即即炉炉膛膛内内的的烟烟气气温温度度分分布布只只与与高高度度有有关关，同同一一高高度度上上的的烟烟气气温温度度相相同同。再再根根据据辐辐射射室室的的烟烟气气分布模型，可以得到能

15、量平衡方程分布模型，可以得到能量平衡方程Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Lab

16、oratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics3.3 热量热量平衡方程平衡方程 3.机理模型参数确定Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and

17、Logistics1.石石脑脑油裂解制乙油裂解制乙烯烯生产过程生产过程2.机理模型介机理模型介绍绍3.机理模型参数确定机理模型参数确定4.下一步的工作内容下一步的工作内容Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics4.下一步的工作内容已经完成的内容已经完成的内容四阶龙格四阶龙格-库塔法解常微分方程组的程序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还需要进行的工作机理模型参数的确定机理模型参数的确定基于数据驱动的油藏操作优化基于数据驱动的油藏操作优

18、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石脑油裂解过程产物产率的在线预测Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics5.工业应用乙烯裂解炉模拟优化系统模块设计与功能实现模块设计与功能实现Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics炉型结构组态模块炉型结构组态模块 EPSOS内内嵌嵌的的炉炉型型建建模模模模块块PipePainter可可以以对对不不同同炉

19、炉型型进进行行可可视视化化灵灵活活组组态态。组组态态模模块块根根据据裂裂解解炉炉炉炉型型的的特特点点把把整整个个炉炉管管分分成成不不同同类类型型的的组组件件，例例如如长长直直管管、弯弯头头、三三通通等等等等，可可以以直直接接使使用用这这些些组组件非常灵活地建模。件非常灵活地建模。5.工业应用乙烯裂解炉模拟优化系统Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics一次反应选择性系数的反推计算模块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Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics裂解炉的模拟模块裂解炉的模拟模块5.工业应用乙烯裂解炉模拟优化系统Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics优化计算模块优化计算模块5.工业应用乙烯裂解炉模拟优化系统Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics结果显示模块结果显示模块5.工业应用乙烯裂解炉模拟优化系统