探索煤直接液化反应动力学模型化和模拟研究

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1、北京化工大学硕士学位论文煤直接液化反应动力学模型化和模拟研究姓名：杨中凯申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：李建伟20080530摘要煤直接液化反应动力学模型化和模拟研究我国煤炭资源丰富，煤炭直接液化技术不仅能提高煤炭资源的利用效率，弥补国内石油的空缺，而且可以减少煤炭直接燃烧对环境造成的污染，是解决当前我国能源短缺问题的一条有效途径。煤直接液化反应中涉及组分众多、物理化学性质复杂，存在并行、连串等高度耦联的复杂反应路径；开展液化反应动力学模型化研究，可定性解读反应机理并据此定量获取神华煤反应动

2、力学速率表式，且可辨识影响过程的主要因素，这对该过程的工艺设计和工程化具有基础意义。本文源于国家重点基础研究发展计划(973)子项目“煤直接液化的反应工程基础研究"，主要研究了间歇反应器中神华煤直接液化反应动力学的模型化和模拟方法，包括：1)计及热力学效应的神华煤直接液化反应网络和动力学速率表式构建；2)基于人工神经网络模型方法的间歇液化反应器性能预测；3)基于支持向量机模型方法的间歇液化反应器性能预测。首先，建立了计及液化反应过程中气液两相共存热力学平衡的间歇反应器模型，考察了热力学因素与反应动力学

3、数据定量解读的关系，表明反应器中液相有效反应体积很小，利用热力学计算液相各组分的浓度十分必要。同时基于文献报道的神华煤液化数据，对其反应网络和动力学速率表式的研究表明：煤可分为三个组分，即易反应组分、难反应组分和不反应组分；易反应组分只生成油气，而难反应组分则生成前沥青烯；油气向沥青烯的逆向反应是不发生的，而沥青烯向前沥青烯的逆向反应会在高温段发生；低温阶段，前沥青烯向沥青烯的I摘要转化是反应网络的控制步骤，而在高温阶段，沥青烯向油气的转化是反应过程的控制步骤。其次，基于文献报道数据，分别建立了神经网

4、络模拟和支持向量机模型用以描述煤液化间歇反应器的性能。模拟结果表明：当煤和溶剂选择范围较小时，温度是液化反应过程中最重要的因素，同时，虽然煤种变化不大，但煤的因素(煤类型和粒度)在反应中对于油收率的影响仍然不可忽视；而在多因素、大范围的液化反应过程中，煤的因素则成为了最重要的因素，煤粒度、温度和氢分压对于煤转化率影响较大，而溶剂对油收率的影响远大于对煤转化率的影响，反应器的填充程度、转动速率、反应时间、剂煤比对煤转化率和油收率都具有很大影响，升温速率和煤的干燥因素相对于其他影响因素，则对煤转化率和油收

5、率的影响都较小。关键词：煤直接液化，动力学，反应器性能，人工神经网络，支持向量机，敏感性分析II摘要MODELINGANDSIMULATIoNSOFTHEl(INETICSoFDIRECTCOALLIQUEllACTIoNCARRIEDOUTINBATCHREACTORSABSTRACTCoalisthemostabun(1antfossil允elknowninChina，andalsoaVitalglobalenergysourCe．TbdaMthemainconsumptionofcoalispu

6、lverizedcoalcoIll．bustionforpowergenerationwhichleadst0曲而ronmentalpollutionaIldwastes．Directcodliquefactionis锄advantageous印proachforthecleanande仃ectiVeutilizationofcoal，andalso锄e航ctiVewaytosolVet11eenergyshortagep∞bleminourcountⅨForthesuccess如lprocessde

7、signaIlditsengineeringofcoalliquefaction，itisinevitabletoimplementtheliquefactionmodelingstudy，i．e．，exploringthereaCtionschemesinvolVed，d耐Vingthel【ineticsmteeXpressionsandidenti研ngthem句orinfluencialprocessparameters，soastoquaIltitatiVelydescribethecompl

8、icatedreactionpI‘ocessta虹ngplace．Thisresearchwasperf．omedwithapartialsupportoftheNationalBasicResearchProgr锄(973Program)ofChina，aimingatthemodelingandsimulationsofthekneticsofSherllluacoaldirectliquefa“oncarriedoutinbatchreactors