乙烯生产过程操作优化.ppt

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1、LiaoningKeyLaboratoryofManufacturingSystemandLogistics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1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.一次反应选择性系数估计内容4.并行混合多目标遗传算法5.工业应用1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.一次反应选择性系数估计4.并行混合多目标遗传算法5.工业应用1.石脑油裂解制乙烯生产过程研究背景乙烯是石油化工业最重要的单体，是

2、生产有机原料的基础。半个世纪以来，管式炉蒸汽热裂解制乙烯装置已经非常成熟，生产了全世界99%的乙烯和65%的丙烯，并伴有丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯等其他重要石化原料，其生产规模、产量和技术都标志着一个国家石油化工业的发展水平。热裂解制乙烯装置是石油化工行业中生产能力最高，同时也是能耗最大的装置之一。在裂解炉内发生的高温、强吸热和短停留时间的复杂烃裂解反应基本上决定了整个乙烯装置的产品收率和主要能耗指标。所以裂解炉的操作水平和技术水平直接影响着整个乙烯厂的经济效益。1.石脑油裂解制乙烯生产过程裂解原料乙

3、烯生产的原料，按来源主要有两个方面，一是天然气加工厂的轻烃，如乙烷、丙烷、丁烷、天然汽油等，二是炼油厂的加工产品，如炼厂气、汽油、煤油、柴油、重油等，以及炼油厂二次加工油，如焦化氢油、加氢裂化油等。按物料的状态可分为气态原料和液态原料两大类；最普遍的分类是按密度分为轻质原料和重质原料。一般认为乙烷、丙烷、丁烷、液化石油气属于轻质原料；石脑油、煤油、轻柴油、重柴油属重质原料。石脑油是世界上最主要的裂解制乙烯原料。1.石脑油裂解制乙烯生产过程石脑油的组成石脑油又称直馏汽油，原油经常压蒸馏馏分馏出初馏点至200

4、℃的馏分油称为全沸程石脑油，如果切取初馏点至130℃或以前馏分称为轻石脑油。直链烷烃得到的乙烯收率最高支链烷烃更易生成丙烯、丁烯等1.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

5、烯为主的裂解气;(4)裂解气产品被送往下游工序进行分离。1.石脑油裂解制乙烯生产过程当前研究中存在的问题Kumar模型中的二次反应的反应选择性系数可以不变，而一次反应的选择性系数随着油品的不同而不同。所以一次反应选择性系数的准确估计是一个非常重要的课题，它直接影响到整个模拟的精度。而通过工业试验或实验室实验来确定频繁变化的油品的反应系数是费时费力的。所以根据以往数据的经验来估算一次反应选择性系数，从而对产物产率进行准确估计是非常重要的。裂解炉在全周期操作过程中由于结焦的影响，其操作状态是不断变化的，所以裂

6、解炉全周期操作本身就有较大的优化空间。已报道的研究工作中，多以乙烯产率为目标，固定一个周期内的操作参数进行优化计算，并未深入挖掘裂解炉在全周期操作过程中的生产潜力。因此在一个裂解周期的开始和结束时状况有较大差异,不应采用同样的操作参数，所以有十分必要研究一个周期内各时间对操作变量进行调整的优化问题。1.石脑油裂解制乙烯生产过程2.机理模型介绍3.一次反应选择性系数估计4.并行混合多目标遗传算法5.工业应用2.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

7、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。2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型2.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。(1-1)(1-2)质量平衡方程质量平衡方程2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型2.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

8、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。2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型炉内主要裂解产物产率随管长的变化情况2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型炉管内反应物温度随管长的变化情况2.机理模型介绍Kumar分子反应动力学模型炉管内压强随管长的变化情况2.机理模型介绍Kumar结焦模型烃