本发明涉及化工领域，特别是一种费托合成蜡的工艺条件设计方法。
背景技术：
世界范围内原油重质化、劣质化趋势的加剧和市场对高质量轻质油品、化工原料需求的日益增加，使得由合成气制备液体燃料的费－托合成反应成为人们关注的焦点。费－托合成蜡主要由
目前采用最多的实验设计方法有正交设计和均匀设计，这两种设计方法虽然有其自身的优点，如布点均衡、使用方便等，但数据分析一般采用线性数学模型，预测性差。采用中心复合实验设计方法对工艺参数进行实验优化设计，应用各影响因素的二次多项式来预测其对评价指标的作用，仅需要做特定数目的实验即可有效地研究多变量系统，其优点主要为：优化实验次数，正确地认识变量之间的相互作用，易于确定影响最大的因素，得到较准确描述研究对象的关联式等。calemma等采用中心复合设计方法考察了操作条件对费－托蜡加氢裂化转化率的影响，并从反应机理和气液平衡方面分析了压力、氢油比的作用规律，但没有具体提出提高中间馏分油产率的措施。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种费托合成蜡的工艺条件设计方法，采用固定床反应器考察工艺参数对费－托合成蜡加氢裂化反应过程的作用规律，确定了一套科学的参数设定规则。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：费托合成蜡的工艺条件设计方法，该方法根据单因素实验结果提取影响合成过程中的关键因素，再通过中心复合实验利用二次回归方法研究得到关键因素及其协同项、平方项对合成过程影响规律，优化合成工艺参数。
所述影响合成过程中的关键因素包括温度因素、液体体积空速因素以及氢蜡体积因素。
所述液体体积空速为1.95h-1。
所述合成过程中温度控制在370℃-380℃。
所述氢蜡体积比为820。
本发明具有如下创新：
本发明根据单因素实验结果筛选出影响费－托合成蜡裂化深度的关键因素，再通过中心复合实验设计利用完全二次回归方法深入探究关键因素及其协同项、平方项对费－托合成蜡加氢裂化转化率和产物分布的影响规律，优化工艺参数以最大限度地生产中间馏分油。
具体实施方式
本发明采用如下技术方案：费托合成蜡的工艺条件设计方法，该方法根据单因素实验结果提取影响合成过程中的关键因素，再通过中心复合实验利用二次回归方法研究得到关键因素及其协同项、平方项对合成过程影响规律，优化合成工艺参数。
工艺条件对费－托合成蜡加氢裂化转化率的影响以单因素实验结果为基础，在表1确定的操作条件范围内采用中心复合设计方法进行实验，实验安排及费－托合成蜡转化率、中间馏分油c10-c22产率见表2。根据方程(1)对实验数据进行回归分析，费－托合成蜡转化率的二次回归参数见表3。从表3可以看出，3个因素即温度、液体空速及氢蜡比对于原料蜡的转化率都有显著影响；温度与液体空速、压力与液体空速的交互作用项也显著影响着合成蜡的转化率。
其中，x1至x4分别为关键因素，b0至b14为回归系数，其绝对值大小表示工艺参数对反应速率影响的强弱。
表1
表2
所述影响合成过程中的关键因素包括温度因素、液体提及空速因素以及氢蜡提及因素，其中，所述液体体积空速为1.95，所述合成过程中温度控制在370℃-380℃，所述氢蜡体积比为820。
从回归参数的绝对值大小可以看出，各因素对费－托合成蜡加氢裂化转化率影响从强到弱的顺序为：温度＞液体空速＞氢蜡比；从回归项系数的正负可知，提高压力、液体空速不利于费－托合成蜡加氢裂化反应的进行；而提高温度、氢蜡比可显著提高费－托合成蜡的转化率，这与单因素实验结果一致。
从回归参数可知，温度对于反应活性的影响非常大，温度越高活性越高，这可以从动力学方面来解释：根据arrihenious方程，反应速率常数随温度的增加而增加，从而提高各个反应的速率。calemma等指出，反应器内气液平衡对反应活性以及产品分布有重要影响。随着温度的升高，原料蜡及产物中轻组分部分汽化，液相中的重组分相对富集，并且组分越重越容易吸附于催化剂表面，反应活性越高。因此温度越高，费－托合成蜡加氢裂化的转化率越高。
液体空速是影响加氢裂化过程的另一个重要参数，在其它条件不变时，空速决定了反应物在催化剂床层的停留时间。提高空速，反应物在催化剂床层上的停留时间减少，原料蜡的转化率减少；由于停留时间的减少，裂化产物与催化剂再次接触的几率减少，不利于二次裂化的进行，因而中间馏分的选择性增加。
氢蜡比主要影响反应过程的气液平衡。由srk状态方程计算结果可知氢蜡比的大小显著影响反应体系中气液相组成的分布。氢气含量增加时，反应过程中的汽化率增大，使得液相中轻组分减少，而重组分相对富集，并且烃类分子越大，其与催化剂表面的竞争吸附能力越强，裂解活性越大，因而原料蜡的转化率越高。另一方面，在总压不变的情况下，氢蜡比增加，h2的分压相对增加，从反应机理来看，氢分压增加不利于烯烃的生成，使得碳正离子的浓度减少，从而降低异构化反应速率和裂解反应速率，并且氢蜡比的增加相对而言增大了反应过程中的流体流速，使得原料蜡在催化剂床层上的停留时间减少，转化率降低。综合两方面来看，在转化率较低的情况下，蜡的转化率随着氢蜡比的增加而增加；但在较高转化率下，氢蜡比的变化对蜡的转化率影响不大。
在中低压条件下，费－托合成蜡的转化率随着压力的增加而减小。从原料蜡在加氢裂化双功能催化剂上的反应机理可知，原料中的正构烷烃先迁移到相邻的酸活性位上质子化形成碳正离子，所生成的碳正离子再进行异构化和裂解反应，然后经过一系列步骤生成最终产物。在此过程中，一般认为碳正离子的异构重排基元反应是速率控制步骤，而其它反应处于准平衡状态。
因此，增加压力，相应地增加了氢气分压，抑制了金属活性位上的脱氢反应，烯烃生成量减少，继而使得碳正离子的浓度减少，速率控制步骤的反应速率减慢，原料蜡的转化率降低。
调用matlab中fminco多变量优化函数对实验数据进行优化分析，所述液体体积空速为1.95，所述合成过程中温度控制在370℃-380℃,所述氢蜡体积比为820。的条件下，中间馏分油的产率达到66.3％，而在此条件下对应的实验值为65.54％，两个数值非常接近，说明回归模型的预测结果较好，在此操作条件下进行实验可获得较高的中间馏分油产率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。