集总方法在复杂反应动力学模型中的应用.pdf

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1、第31卷第2期2010年4月化学工业与工程技术JournalofChemicalIndustry&EngineeringV01．31No．2Apr．．2010集总方法在复杂反应动力学模型中的应用张红梅，尹云华，赵雨波，罗殿英(大庆石油学院化学化工学院，黑龙江大庆163318)摘要：介绍了集总方法在反应动力学建模中的应用进展，并结合建立大庆重石脑油蒸汽裂解集总动力学模型的经验，对用集总方法建立复杂反应体系动力学模型提出了几点经验和建议。关键词：集总方法；动力学模型；催化裂化；催化重整；裂解；应用中图分类号：TQ018文献标识码：A文章编号：1006—7906(2010)02—0033一05Ap

2、plicationoflumpingmethodOilcomplexreactionkineticmodelZHANGHongmei，ⅥNYunhua，ZHA0Yubo，LUODianying(SchoolofChemistry&ChemicalEngineering，DaqingPetroleumInstitute，Daqing163318，China)Abstract：TheapplicationprogressoflumpingmethodOnreactionkineticmodelisintroduced．Severalexperiencesandsug—gestionsonesta

3、blishingthecomplexreactionkineticmodelwiththelumpingmethodareproposedbasedonthesummariesofestablishingDaqingnaphthasteampyrolysiskineticlumpingmodel．Keywords：Lumpingmethod；Kineticmodel；FCC；Catalyticreforming；Pyrolysis；Application目前，研究重质油转化机理是石油化工领域的热点，但重质油组分繁多，反应体系复杂，给动力学描述带来极大困难。Blanding[11于1953年提

4、出集总(Lumping)思想，为复杂反应体系动力学的研究指明了方向。所谓集总思想就是按分子的动力学特征，将复杂反应体系按照动力学相似性划分成若干虚拟组分，每个虚拟组分就是一个集总，在动力学研究中把每一个集总当作一个组分进行处理，建立集总动力学模型。接着，Wei等∞1提出并完善了集总理论，使复杂反应体系的动力学研究有了突破性的进展。目前，集总方法已在石油化工等复杂反应体系中得到了广泛应用，笔者对集总方法在催化裂化、催化重整、催化裂解动力学研究中的应用进行了综述，并结合建立蒸汽裂解动力学模型的经验，提出了用集总方法建立复杂反应体系动力学模型的几点建议。1集总方法的应用1．1集总方法在催化裂化动力

5、学模型中的应用催化裂化是石油炼制过程中最复杂的反应体系，动力学参数的估算成为难题。20世纪60年代末，Weekman等[31提出了“集总恒定原理”，首次将集总方法应用到催化裂化中，开发了3集总模型，该模型逐步成为研究催化裂化动力学的基本模型。现今，集总方法已成功地应用在催化裂化反应动力学研究领域。3集总模型将所有组分归为原料油、汽油、气体+焦炭，所有反应按一级不可逆反应处理，同时考虑了催化剂失活问题。利用该模型可以满意地预测同一原料油在不同反应条件下的转化率、产物分布及汽油选择性，但由于模型未考虑原料组成，只能用在某些研究及催化剂评定工作中。针对此局限性，Weekman等又开发了10集总模型

6、，该模型将原料油分成重燃料油(HFO，大于343℃)和轻燃料油(LFO，221～343℃)，又将其各自分为烷烃、环烷烃、芳环中的碳原子和芳环上的取代基团，这使得模型的应用不受原料油组分的限制，能够较好地预测原料转化率、产品产率及操作条件对产品分布的影响。国内沙颖逊等[41在10集总模型的基础上，针对我国催化裂化工艺采用大回炼比、回炼油中芳烃含量高且与原料油中芳烃在裂化性能上有较大差异的特点，将这2种芳烃分别集总，又把HF0中的芳烃分成一、二环和多环芳环集总，建立了11集总模型。随后，郑万有口]和康飚[61等利用模型对荆门炼油厂收稿日期：2009—10一21作者简介：张红梅(1961～)，女，

7、山西临汾人，2009年毕业于中国石油大学化学工程与技术专业．博士，副教授，现从事炼油和化工过程数值模拟的研究。E-mail：yinyunhual983@163．com·34化学工业与工程技术2010年第31卷第2期和锦西炼油厂催化裂化装置的工艺条件进行了优化，取得了巨大的经济效益。但由于该模型是针对蜡油开发的，故用于重油催化裂化有一定的局限性。为此，翁惠新等口]分析了重油催化裂化的特点，提出了按馏程一结构族组