中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，该方法的具体过程为：步骤a，加氢裂化反应虚拟集总组分划分；步骤b，加氢裂化集总动力学模型基本假设；步骤c，加氢裂化总反应网络构建；步骤d，建立加氢裂化集总反应动力学模型；步骤e，确定各步反应的动力学参数，选取目标函数；步骤f，模型验证；通过实验对比验证所建立的中温煤焦油加氢裂化动力学模型的外推性能和预测能力。本发明对中温煤焦油全馏分加氢裂化反应过程建立了六集总动力学模型，通过试验验证，模型预测结果相对误差小于3％，证明该模型对中温煤焦油全馏分加氢裂化反应过程有较好的解释和预测能力。
【专利说明】中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤焦油领域，尤其涉及一种中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法。
【背景技术】
[0002]世界石油资源的短缺且价格不断上涨，寻求可替代能源受到了广泛关注。面对“富煤少气”的资源现状，中国面临的能源问题更加严峻。中国每年在煤热解过程中产生大量煤焦油，除了少量用于化工产品提取外大部分都用于直接燃烧，造成资源极大浪费和环境污染。因此，开发煤焦油加氢制取清洁的液体燃料技术对于我国有着紧迫的现实意义。
[0003]集总动力学思想为将复杂反应体系按某种原则归纳为若干可视为纯化合物的虚拟集总组分，然后去开发这些虚拟集总的反应网络及动力学模型[1_6]。现有文献对集总动力学的研究大都集中在对石油馏分的分析上。如王建平[7]等人以渣油四组分为基础建立了七集总动力学方程，通过龙格-库塔(Runge-kutta)和变尺度法(BFGS)获得动力学参数，通过试验验证此方程具有良好的解释及预测能力；刘传文M等人建立了孤岛渣油七集总动力学方程，考虑到反应物结构的变化构造出了计算函数，通过试验表明，考虑结构变化时计算值与试验值有较好的一致性。
[0004]现有文献对于煤焦油加氢的集总动力学研究较少，主要是集中在切割馏分的中低温煤焦油的加氢研究上，且集总的划分局限在以固定馏程划分的思想中[9]。如Fei Dai[10]等人提出了一种含有19个速率常数的八集总动力学方程，原料油按照馏程划分为4个集总，产品油按照固定馏程划分为汽油、柴油、气体以及焦炭4个集总；动力学方程以龙格-库塔(Runge-kutta)法进行求解，通过最小二乘法进行最优化拟合，最终得到优化的动力学参数。通过验证，此种划分方法能较好地预测和解释试验，但经过进一步研究分析，此方法同时存在适用范围小，研究对象不明显等不足之处。对于煤焦油加氢裂化虚拟组分集总的划分，一般方法是按照馏程划分，而在全馏分加氢的集总动力学研究，中温煤焦油馏分宽的特性使得这一划分方法难以进行，且煤焦油中含有大量不同类型的烃类和非烃类，按照杂原子的划分集总又体现不出主要的研究对象。
[0005]针对上述的一些不足之处，本创作进行了一些必要的改进。原料油的划分上，以石油产品的四组分为标准进行划分，分为胶质+浙青质、芳香烃和饱和分三个集总，产品油分为柴油、汽油以及气体三个集总。此种划分方法较上述方法更能适用于全馏分的中低温煤焦油加氢动力学过程研究，同时结合煤焦油的组成情况能够很好地体现研究的主要对象。
[0006]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
[0007]( 申请人:应注意，【背景技术】仅是为了突出本专利的技术背景以及要解决的技术问题，凡是，已经公开的现有技术，均可以作为【背景技术】的内容， 申请人:不必担心，批判他人的技术的后果。)
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，用以克服上述技术缺陷。
[0009]为实现上述目的，本发明提供一种中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，该具体过程为:
[0010]步骤a，加氢裂化反应虚拟集总组分划分；
[0011]步骤b，加氢裂化集总动力学模型基本假设；
[0012]步骤C，加氢裂化总反应网络构建；
[0013]步骤d，建立加氢裂化集总反应动力学模型；
[0014]步骤e，确定各步反应的动力学参数，选取目标函数；
[0015]步骤f，模型验证；通过实验对比验证所建立的中温煤焦油加氢裂化动力学模型的外推性能和预测能力。
[0016]进一步，在上述步骤a中，将加氢裂化反应网络分为原料油和生成油两方面；中温煤焦油加氢裂化集总动力学模型的各集总划分如下:集总1-浙青质+胶质；集总2-芳香烃；集总3-饱和烃；集总4-柴油馏分；集总5-汽油馏分；集总6-气体；其中，集总1、2、3均为重质组分，集总4、5、6均为轻质组分。
[0017]进一步，在上述步骤d中，中温煤焦油加氢裂化集总动力学反应网络的反应速率方程，如下式所示:
【权利要求】
1.一种中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，其特征在于，该具体过程为: 步骤a，加氢裂化反应虚拟集总组分划分； 步骤b，加氢裂化集总动力学模型基本假设； 步骤C，加氢裂化总反应网络构建； 步骤d，建立加氢裂化集总反应动力学模型； 步骤e,确定各步反应的动力学参数,选取目标函数； 步骤f，模型验证；通过实验对比验证所建立的中温煤焦油加氢裂化动力学模型的外推性能和预测能力。
2.根据权利要求1所述的中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，其特征在于，在上述步骤a中，将加氢裂化反应网络分为原料油和生成油两方面；中温煤焦油加氢裂化集总动力学模型的各集总划分如下:集总1-浙青质+胶质；集总2-芳香烃；集总3-饱和烃；集总4-柴油馏分；集总5-汽油馏分；集总6-气体；其中，集总1、2、3均为重质组分，集总4、5、6均为轻质组分。
3.根据权利要求1或2所述的中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，其特征在于，在上述步骤d中，中温煤焦油加氢裂化集总动力学反应网络的反应速率方程，如下式所示:
4.根据权利要求3所述的中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，其特征在于，在上述步骤d中，加氢裂化反应动力学模型中的各反应速率，如下式所示:
5.根据权利要求1或2所述的中温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，其特征在于，在上述步骤e中，根据拟合最优原则来确定各步反应的动力学参数，采用试验值与计算值的残差作为参数估计的目标函数，目标函数以F(t)表示，具体为如下式所示:
【文档编号】G06F17/50GK103914595SQ201410126586
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】李冬, 李稳宏, 孙晋蒙, 孙智慧, 朱永红, 李学坤, 崔楼伟 申请人:西北大学