煤直接液化模拟方法及装置制造方法

煤直接液化模拟方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤直接液化模拟方法及装置。该煤直接液化模拟方法包括：确定煤直接液化的发生条件；接收物性数据选择指令；根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据；计算反应器中煤直接液化的停留时长；接收反应动力学模型选择指令；根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模型；基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。通过本发明，实现了煤直接液化模拟时，在预设物性数据库中获取目标物性数据，在预设反应动力学模型数据库中获取目标反应动力学模型，并考虑了煤直接液化的停留时长，达到提高煤直接液化模拟灵活性的效果。
【专利说明】煤直接液化模拟方法及装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种煤直接液化模拟方法及装置。

【背景技术】
[0002] 在煤化工领域中，煤直接液化技术是在高温高压条件下，利用供氢溶剂和催化剂， 使氢元素进入煤及其衍生物的分子结构中，从而将固体煤转化为液化燃料的先进的洁净煤 技术。通过煤直接液化技术，不仅可以生产汽油、柴油、液化石油气和喷气燃料油，还可以提 取轻质芳烃（苯、甲苯和二甲苯混合物，简称为BTX)，以及生产乙烯、丙烯等重要烯烃。
[0003] 煤直接液化的过程是一个复杂的物理过程和化学过程的结合，其中包含小分子从 煤大分子网络结构中的脱离、煤中大分子键的断裂、活性基碎片的稳定、溶剂的供氢、聚合 反应等。一直以来，对煤直接液化反应过程的模拟方法是，在获得大量试验数据的基础上， 推导合适的反应动力学模型及其模型参数，再通过编程拟合获取煤直接液化反应过程的模 拟结果。但是，由于在反应模型推导过程中，采用的动力学模型较少，因此模拟出的结果也 仅包含气体、油品、沥青烯等产物；把反应过程模拟当作黑箱来处理，只能获取最终的反应 结果，而无法获知反应过程进行中各产物浓度、反应器内部温度等信息；一般很少考虑反应 器结构、气含率等操作条件对模拟结果的影响，即使考虑也仅仅采用编程者手动计算并写 入程序的方式实现，缺乏便捷性；模拟结果具有单一性，一般只是输出产品收率。
[0004] 随着流程模拟技术的发展，在流程模拟软件中，借鉴强大的物性及热力学数据库， 采用用户自定义模块，通过用户后台编程的方式也可实现模拟煤直接液化工艺的反应单 元。但是，同样地，这种处理方式也是把反应单元作为黑箱进行处理，无法获得反应过程中 反应器内部温度、浓度等信息。并且，随着煤种、反应动力学模型改变，需重新调整计算模 型，并编写反应子程序接口，因此使用起来相当不便。同时，因为上述所有工作均基于流程 模拟软件进行，因此需购进成熟的商业化流程模拟软件，而这种软件价格非常昂贵，因此大 幅提升了该方法的使用成本，这在一定程度上也阻碍了该方法的应用和推广。
[0005] 针对相关技术中煤直接液化模拟过程灵活性差的问题，目前尚未提出有效的解决 方案。


【发明内容】

[0006] 针对现有的煤直接液化模拟过程灵活性差的问题而提出本发明，为此，本发明的 主要目的在于提供一种煤直接液化模拟方法及装置，以解决上述问题。
[0007] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤直接液化模拟方法。该 方法包括：确定煤直接液化的发生条件；接收物性数据选择指令；根据物性数据选择指令 从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多种物性数据存储于预设物性数据库中；计算 反应器中煤直接液化的停留时长；接收反应动力学模型选择指令；根据反应动力学模型选 择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模型，其中，多个反应动力学模型存 储于预设反应动力学模型数据库中；基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反 应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
[0008] 进一步地，计算反应器中煤直接液化的停留时长包括：接收气含率模型选择指令； 根据气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气含率模型，其中，多个气含率模 型存储于预设气含率模型数据库中，多个气含率模型中不同的气含率模型对应不同的发生 条件；根据目标气含率模型计算反应器中煤直接液化的停留时长。
[0009] 进一步地，基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对 煤直接液化进行模拟包括：接收积分算法选择指令；根据积分算法选择指令从多种积分算 法中获取目标积分算法，其中，多种积分算法存储于积分算法数据库中，目标积分算法为对 目标反应动力学模型执行积分运算的算法；基于发生条件、目标物性数据和停留时长，利用 目标积分算法对目标反应动力学模型执行积分运算，以对煤直接液化进行模拟。
[0010] 进一步地，发生条件包括多个发生条件，得到的模拟结果包括多个模拟结果，其 中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，在获取多个模拟结果之后，该方法还包括：获 取多个发生条件与多个模拟结果之间的多个对应关系；对多个对应关系进行对比，获取对 比结果；根据对比结果对煤直接液化的发生条件进行优化。
[0011] 进一步地，发生条件包括多个发生条件，得到的模拟结果包括多个模拟结果，其 中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，在获取多个模拟结果之后，该方法还包括：获 取多个发生条件与多个模拟结果之间的多个对应关系；由多个对应关系得到多个对应关系 曲线；输出多个对应关系曲线。
[0012] 为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种煤直接液化模拟装置，该 装置包括：确定单元，用于确定煤直接液化的发生条件；第一接收单元，用于接收物性数据 选择指令；第一获取单元，用于根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数 据，其中，多种物性数据存储于预设物性数据库中；计算单元，用于计算反应器中煤直接液 化的停留时长；第二接收单元，用于接收反应动力学模型选择指令；第二获取单元，用于根 据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模型，其中，多 个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中；模拟单元，用于基于发生条件、目 标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
[0013] 进一步地，计算单元包括：第一接收模块，用于接收气含率模型选择指令；第一获 取模块，用于根据气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气含率模型，其中，多 个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，多个气含率模型中不同的气含率模型对应 不同的发生条件；计算模块，用于根据目标气含率模型计算反应器中煤直接液化的停留时 长。
[0014] 进一步地，模拟单元包括：第二接收模块，用于接收积分算法选择指令；第二获取 模块，用于根据积分算法选择指令从多种积分算法中获取目标积分算法，其中，多种积分算 法存储于积分算法数据库中，目标积分算法为对目标反应动力学模型执行积分运算的算 法；模拟模块，基于发生条件、目标物性数据和停留时长，利用目标积分算法对目标反应动 力学模型执行积分运算，以对煤直接液化进行模拟。
[0015] 进一步地，确定单元确定的发生条件包括多个发生条件，模拟单元模拟得到的模 拟结果包括多个模拟结果，其中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，该装置还包括： 第三获取单元，用于获取多个发生条件与多个模拟结果之间的多个对应关系；对比单元，用 于对多个对应关系进行对比，获取对比结果；优化单元，用于根据对比结果对煤直接液化的 发生条件进行优化。
[0016] 进一步地，确定单元确定的发生条件包括多个发生条件，模拟单元模拟得到的模 拟结果包括多个模拟结果，其中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，该装置还包括： 第四获取单元，用于获取多个发生条件与多个模拟结果之间的多个对应关系；第五获取单 元，用于由多个对应关系得到多个对应关系曲线；输出单元，用于输出多个对应关系曲线。
[0017] 通过本发明，采用包括以下步骤的方法：确定煤直接液化的发生条件；接收物性 数据选择指令；根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多种物 性数据存储于预设物性数据库中；计算反应器中煤直接液化的停留时长；接收反应动力学 模型选择指令；根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力 学模型，其中，多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中；基于发生条件、 目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结 果，解决了煤直接液化模拟过程灵活性差的问题，进而通过在预设含率模型数据库或者预 设反应动力学模型数据库中获取目标气含率模型或者目标反应动力学模型，达到提高煤直 接液化模拟灵活性的效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0019] 图1是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第一实施例的流程图；
[0020]图2是根据本发明的用于煤直接液化模拟的十一集总模型示意图；
[0021] 图3是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第二实施例的流程图；
[0022] 图4是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第三实施例的示意图；
[0023] 图5是本发明第三实施例中循环比控制示意图；
[0024] 图6是根据本发明的煤直接液化模拟装置的第一实施例的示意图；
[0025] 图7是根据本发明的煤直接液化模拟的煤种或模型的选择界面示意图；
[0026] 图8是根据本发明的煤直接液化模拟的设备条件输入界面示意图；以及
[0027] 图9是根据本发明的进料输入和产品输出界面示意图。

【具体实施方式】
[0028] 为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0029] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语"包括" 和"具有"以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单 元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没 有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030] 在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将 参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0031] 图1是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第一实施例的流程图。如图1所示， 该方法包括步骤S102至步骤Sl 12。
[0032] 步骤S102,确定煤直接液化的发生条件。
[0033] 煤直接液化的发生条件包括物料条件、设备条件和工艺条件等。物料条件包括进 行煤直接液化的物料成分和物料状态，物料成分包括煤粉、催化剂、溶剂油、硫和氢气等，物 料状态包括物料的流量、温度、压力、比例等。设备条件包括预热器和反应器的直径、尺寸等 结构条件，以及反应器的循坏比例等。工艺条件包括预热器/反应器的温度、压力等操作条 件。
[0034] 需要说明的是，用户可以手动输入以上各发生条件，也可以按照发生条件选择指 令在发生条件数据库中进行相应的发生条件的选择。比如，对于煤种的选择，在发生条件数 据库中可以包括1#煤、2#煤和3#煤（1#煤、2#煤和3#煤是指三种特定的不同的煤种，需要 说明的是，不仅限于三种煤种），按照发生条件选择指令可以在以上煤种中选择目标煤种； 对于溶剂油的选择，可以包括开工溶剂和循环溶剂；对于煤粉进料量的选择，用户可以采取 手动输入的方式，手动输入具体的进料量的值。同样地，在模拟时需要考虑反应器的循坏比 例时，用户可以输入反应器的循坏比例的数值。该模拟方法可以实现对平推流、全混流以及 存在一定循环比例的反应器形式进行模拟，具有很强的实用性。
[0035] 步骤S104,接收物性数据选择指令。
[0036] 煤种的物性数据包括煤种工业分析、元素分析以及对应煤种的液化产物气相、窄 馏分油品物化和热力学性质等数据。
[0037] 物性数据库和煤种是一一对应的，而与煤直接液化过程的操作条件无关，即同一 种煤种在不同操作条件下的反应产物的窄馏分物性是一定的。预设的物性数据库中预先存 储了对应多种不同煤种的物性数据，便于对应不同煤种的煤直接液化进行模拟时将其作为 参考。物性数据提供了各煤种的直接液化产物的热力学性质等数据，例如，比热容、焓、粘 度、蒸汽压等。
[0038] 步骤S106,根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多 种物性数据存储于预设物性数据库中。
[0039] 获取的目标物性数据中，提供了对应煤种的直接液化产物的热力学性质等数据， 例如，比热容、焓、蒸汽压等。利用这些数据，在基于发生条件、煤直接液化的停留时长以 及目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，可以获取详尽的模拟结果，例如，设备热负 荷，设备内产物浓度分布，以及设备内温度分布等。
[0040] 步骤S107,计算反应器中煤直接液化的停留时长。
[0041] 反应器中煤直接液化的停留时长为反应器中煤浆相的停留时间，表征了该煤直接 液化反应的发生时长。本发明由于考虑了反应器中煤直接液化的停留时长，使得模拟结果 可以获取煤直接液化设备内部条件和产物浓度随时间的变化情况，也可以获取设备内部轴 向温度以及浓度分布等信息。
[0042] 步骤S108,接收反应动力学模型选择指令。
[0043] 反应动力学模型是研宄化学、物理因素等对化学反应速率影响的模型。根据反应 动力学模型可以对一定发生条件下的煤直接液化进行模拟，获取煤直接液化的产品收率。
[0044] 例如，四集总模型、六集总模型或者十一集总模型等反应动力学模型。以上三个模 型对应不同的模拟精度，对于同样的发生条件和气含率，利用不同的模型进行模拟，模拟出 的产物收率会存在差异。用于根据自身精度需求，可以选择合适的反应动力学模型。
[0045] 优选地，利用十一集总模型对煤直接液化进行模拟。十一集总模型将反应物煤分 为易反应组分（C 1)、难反应组分（C2)、不反应组分（C3);产品分为沥青类物质（PAA)、Oil 1 馏分油（IBP-240°C )、OiI2馏分油（240-350°C )、Oil 3馏分油（350-500°C )、Oil 4馏分油 (>500°C)、H20、Gas。该模型充分考虑了氢气对集总反应的影响。由煤向油转化的路径包 括两种，一种是煤一PAA - Oill4;另外一种是煤一Oil 4。同时，该动力学模型还考虑了重质 油向轻质油产品的转化，即〇114、〇11 3、〇112、〇111间的转化。该动力学模型的6&8产品的具 体组成可以通过气体产品组成预测模型来预测。图2是根据本发明的用于煤直接液化模拟 的十一集总模型示意图。如图2所示，其中,C 1为煤中易反应组分、C2为煤中难反应组分、C3 为煤中不反应组为；ki、k2、k3、kp k5、k6、k7、k8、k9、k 1(l、Ii11、k12、k13、kg、k15、k 16、k17、k18疋各 反应的反应速率常数。Oili、〇il 2、〇il3、〇il4、PAA分别为汽油集总、轻柴油集总、重柴油集 总、蜡油集总、沥青烯和前沥青烯集总。利用十一集总模型能够获取更加详细的模拟结果， 并且模拟结果准确性更高。
[0046] 可选地，该模拟方法还可以通过利用气相产物或者液相产物产品组分预测关联模 型获得更为细化的煤直接液化产品组成。
[0047] 例如，可选的气相产物各组分预测关联模型包括： Gas1 = {^a\Gas + a'0HX) + b!PAA -λ-c'UHcoal^·
[0048] , w , ? (?；.<：： + duH + Gi0O + a\ /V + a:sS + a\ V + a' I + α\? + a\, M)· (b； T + b；,/5 + bit)
[0049] 可选的液化油窄馏分预测关联模型包括： Oil· =(?1；?；/7, +diOiL +d；OiL +cl PAA+f iUNcoal)-
[0050] / w \ 其中， 人d + d "Η + d IP + d W + d …+ dp + d'巧 + difM ).[eJTT + ejpP + GasiS液化气体产物内不同组分质量分率（％ ) ;OiP为液化油中各窄馏分质量分率；i为 1 ?10,分别代表 CO、C02、H2S、NH3、H20、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10 ; j 为 1 ?14,分别 代表煤直接液化油14个窄馏分；Gas、H20、PAA、UNcoal分别为气体集总、水集总、沥青烯和 前沥青烯集总、未反应煤集总含量组成（％) 0il 3、0il4、PAA、UNcoal分别为汽 油集总、轻柴油集总、重柴油集总、蜡油集总、沥青烯和前沥青烯集总和未反应煤集总含量 组成（％ ) ;C、H、0、N、S分别为原料煤中C、H、0、N、S元素组成（％ ) ;V、I、E、M分别为原 料煤中镜质组vitrinite)、惰质组（inertinite)、壳质组（exinite)、矿物质（mineral)组 成（煤岩分析组成，％ ) ;T、P、t分别为反应温度（K)、反应压力（MPa)、反应器停留时间 (min) 4、K、bk、4、<、4、bJ、cJ、办…#、 ei、ei、ei为关联系数。
[0051] 步骤S110,根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应 动力学模型，其中，多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中。
[0052] 预设反应动力学模型数据库中存储了多个可选的反应动力学模型，比如，可以包 括上文提及的四集总模型、六集总模型或者十一集总模型等反应动力学模型。用户根据需 求可以选择合适的反应动力学模型。通过选择模型，有效提高了模拟过程的执行效率，并且 方便用户查找，具有很好的便捷性。
[0053] 步骤S112,基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对 煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
[0054] 优选地，基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤 直接液化进行模拟可以通过如下步骤实现：接收积分算法选择指令；根据积分算法选择指 令从多种积分算法中获取目标积分算法，其中，多种积分算法存储于积分算法数据库中，目 标积分算法为对目标反应动力学模型执行积分运算的算法；基于发生条件、目标物性数据 和停留时长，利用目标积分算法对目标反应动力学模型执行积分运算，以对煤直接液化进 行模拟。
[0055] 在基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤直接 液化进行模拟时，需要采用一定的积分算法对反应动力学模型进行积分运算，以计算预热 器/反应器出口产品组成。可选地，积分算法的确定可以通过在积分算法数据库中选择与 目标反应动力学模型对应的积分算法来完成。在积分算法数据库中预先设定了多个积分算 法，其中，不同的积分算法可以对应不同的反应动力学模型，其中，优选地，目标积分算法计 算反应动力学模型精准度更高。比如，积分算法数据库中预先存储用于反应动力学模型求 解的特雷纳法、荣格-库塔等积分算法。用户可以根据需求自行选择合适的积分算法进行 反应动力学模型求解。通过从积分算法数据库中获取积分算法执行运算，提高了模拟过程 的执行效率，并且方便用户查找，具有很好的便捷性。
[0056] 该实施例由于采取了以下步骤：确定煤直接液化的发生条件，其中，发生条件包括 煤直接液化的煤种、溶剂条件和设备条件；接收物性数据选择指令；根据物性数据选择指 令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多种物性数据存储于预设物性数据库中，一 种物性数据对应一种煤种；计算反应器中煤直接液化的停留时长；接收反应动力学模型选 择指令；根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模 型，其中，多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中；基于发生条件、目标 物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果，使 得煤直接液化模拟过程在考虑了煤直接液化的停留时长的条件下，通过在预设物性数据库 或者预设反应动力学模型数据库中获取目标物性数据或者目标反应动力学模型，达到了提 高煤直接液化模拟灵活性的效果。
[0057] 图3是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第二实施例的流程图。该实施例可以 作为图1所示实施例的一种优选实施方式，如图2所示，该煤直接液化模拟方法包括步骤 S201至步骤S207。
[0058] 步骤S201，确定煤直接液化的发生条件。
[0059] 该步骤同步骤S102,这里不再赘述。
[0060] 步骤S202,接收物性数据选择指令。
[0061] 该步骤同步骤S104,这里不再赘述。
[0062] 步骤S203，根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多 种物性数据存储于预设物性数据库中。
[0063] 该步骤同步骤S106,这里不再赘述。
[0064] 步骤S204,接收气含率模型选择指令。
[0065] 步骤S205,根据气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气含率模型， 其中，多个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，多个气含率模型中不同的气含率 模型对应不同的发生条件。
[0066] 步骤S206,根据目标气含率模型计算反应器中煤直接液化的停留时长。
[0067] 气含率是气相占气液混合物体积的百分比。气含率模型，用于根据发生条件计算 预热器和反应器的气含率。气含率模型是由气含率实验数据回归得到的模型，该模型是反 应器结构、气体表观流速、浆相表观流速、温度的函数。按照气含率模型计算得到的气含率， 可以用于计算煤直接液化的煤浆相的停留时间。假设气含率为ε g，则煤浆相的液态相含率 为^s=I-ε g，反应器中煤浆相的停留时间为τ = esH/Q，其中，H为反应器体积，Q为煤 浆相的体积流量。
[0068] 需要说明的是，本发明由于考虑了气含率对模拟过程的影响，使得模拟结果可以 获取煤直接液化设备内部条件和产物浓度随时间的变化情况，也可以获取设备内部轴向温 度以及浓度分布等信息。
[0069] 本发明允许用户从气含率模型数据库中选择目标气含率模型，避免了自行计算的 复杂性。比如，在气含率模型数据库中可以存储适用于实验室装置、中试装置及工业化装置 等不同复杂程度的气含率模型，用户可以根据需求选择合适的气含率模型。或者，用户也可 以选择手动输入气含率数值的方式对气含率进行设置。
[0070] 步骤S207,接收反应动力学模型选择指令。
[0071] 该步骤同步骤S108,这里不再赘述。
[0072] 步骤S208,根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应 动力学模型，其中，多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中。
[0073] 该步骤同步骤Sl 10,这里不再赘述。
[0074] 步骤S209,基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学模型对 煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
[0075] 该步骤同步骤Sl 12,这里不再赘述。
[0076] 该实施例由于采取了以下步骤：确定煤直接液化的发生条件；接收物性数据选择 指令；根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，多种物性数据存 储于预设物性数据库中；接收气含率模型选择指令；根据气含率模型选择指令从多个气含 率模型中获取目标气含率模型，其中，多个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，多 个气含率模型中不同的气含率模型对应不同的发生条件；根据目标气含率模型计算反应器 中煤直接液化的停留时长；接收反应动力学模型选择指令；根据反应动力学模型选择指令 从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模型，其中，多个反应动力学模型存储于预 设反应动力学模型数据库中；基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力 学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果，使得在煤直接液化模拟过程中通过选择气 含率模型来获取煤直接液化的反应时长，在保证高的准确性的前提下，提高了执行效率。
[0077] 可选地，发生条件包括多个发生条件、得到的模拟结果包括多个模拟结果以及多 个发生条件与多个模拟结果一一对应，在获取多个模拟结果之后，还可以获取多个发生条 件与多个模拟结果之间的多个对应关系；对多个对应关系进行对比，获取对比结果；根据 对比结果对煤直接液化的发生条件进行优化。
[0078] 通过上述步骤可以实现物料条件、工艺条件等发生条件对模拟结果的敏感性分析 情况。比如，敏感性分析的对象可以包括反应温度、反应器尺寸、反应停留时间、反应压力、 反应器循环比等对参量对煤直接液化结果的影响。基于敏感性分析的结果可以对不同煤种 的煤直接液化条件进行优化，以适应现代先进的煤炭直接液化工艺装置流程模拟的需要。
[0079] 可选地，发生条件包括多个发生条件、得到的模拟结果包括多个模拟结果以及多 个发生条件与多个模拟结果一一对应，在获取多个模拟结果之后，还可以获取多个发生条 件与多个模拟结果之间的多个对应关系；由多个对应关系得到多个对应关系曲线；输出多 个对应关系曲线。根据输出的多个对应关系曲线可以更加直观地对模拟结果进行分析，更 具便捷性和实用性。比如，在做系统敏感性分析时，可以得出不同时刻反应出口物料分布、 温度分布，根据这个结果，就可以得到产品收率、温度随时间变化的曲线。
[0080] 可选地，本模拟方法还可以从预设的程序接口数据库中获取所需的程序接口。
[0081] 预设的程序接口数据库可以预先存储多个程序接口，比如，产品模拟接口、模型应 用接口、绘图接口 EXCEL报表接口等。通过产品模拟接口可以直接从多个反应动力学模型 中获取目标反应动力学模型；通过模型应用接口可以直接获取气含率模型数据库中对应煤 直接液化的发生条件的气含率模型；通过绘图接口可以获取煤直接液化的发生条件与模拟 结果之间对应关系的曲线。或者，可以按照需求在预设的程序接口数据库中存储其他合适 的内嵌程序。
[0082] 优选地，将Aspen Plus程序接口作为产品模拟接口。由于Aspen Plus程序拥有 丰富的物性、热力学方法，同时其对气液相平衡具有很好的计算效果，因此可以通过Aspen Plus程序接口调用模拟输出数据。与Aspen Plus软件之间通讯存在两种文本框控件，一 种文本框控件用来进行底层Aspen Plus模拟文件输入，另一种文本框控件用来输出模拟结 果。
[0083] 图4是根据本发明的煤直接液化模拟方法的第三实施例的示意图。
[0084] 如图4所示，通过进料条件001 (包括煤种）、设备结构条件002和工艺操作条件 003等信息可以获取气含率模型004,再通过合适的反应动力学模型005并调用积分算法 006计算获得煤直接液化反应的模拟结果。模拟结果包括设备物流008、产品收率009、产品 性质010、设备热负荷011和设备内产品浓度或温度分布012等数据。
[0085] 图5是本发明第三实施例中循环比控制示意图。
[0086] -般的煤直接液化过程是从煤浆预热器开始，煤浆在预热器中预热到一定的温度 后，进入反应器（包括第一反应器和第二反应器），用户可以根据自身工艺特点，给反应器 设置一定循环物流比例。可以按照图5所示流程图控制第三实施例的煤直接液化模拟过程 进行反应器物流循环。步骤S501和S502是分别是对预热器和反应器进行模拟，当按照步 骤S503判断出对反应器产物进行循环时，根据S504控制反应器进行物流循环。如果步骤 S503判断出不需要对反应器产物进行循环，则直接输出模拟结果。需要说明的是，如果用户 在模拟过程中输入了循环比的数值，则步骤S503将作出需要反应器产物循环的指令，则在 模拟过程中，将反应器循环的值考虑在内，获取相应的模拟结果。
[0087] 需要说明的是，本发明实施例的煤直接液化模拟装置可以用于执行本发明实施例 所提供的煤直接液化模拟方法，本发明实施例的煤直接液化模拟方法也可以通过本发明实 施例所提供的煤直接液化模拟装置来执行。
[0088] 图6是根据本发明的煤直接液化模拟装置的第一实施例的示意图。如图6所示， 该装置结构包括：确定单元10、第一接收单元20、第一获取单元30、计算单元40、第二接收 单元50、第二获取单元60和模拟单元70。
[0089] 确定单元10,用于确定煤直接液化的发生条件。
[0090] 第一接收单元20,用于接收物性数据选择指令。
[0091] 第一获取单元30,用于根据物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数 据，其中，多种物性数据存储于预设物性数据库中。
[0092] 计算单元40,用于计算反应器中煤直接液化的停留时长。
[0093] 优选地，计算单元40还可以包括以下模块：第一接收模块，用于接收气含率模型 选择指令；第一获取模块，用于根据气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气 含率模型，其中，多个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，多个气含率模型中不同 的气含率模型对应不同的发生条件；计算模块，用于根据目标气含率模型计算反应器中煤 直接液化的停留时长。
[0094] 第二接收单元50,用于接收反应动力学模型选择指令。
[0095] 第二获取单元60,用于根据反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选 择目标反应动力学模型，其中，多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中。
[0096] 模拟单元70,用于基于发生条件、目标物性数据和停留时长，按照目标反应动力学 模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
[0097] 优选地，模拟单元还可以包括如下模块：第二接收模块，用于接收积分算法选择指 令；第二获取模块，用于根据积分算法选择指令从多种积分算法中获取目标积分算法，其 中，多种积分算法存储于积分算法数据库中，目标积分算法为对目标反应动力学模型执行 积分运算的算法；模拟模块，基于发生条件、目标物性数据和停留时长，利用目标积分算法 对目标反应动力学模型执行积分运算，以对煤直接液化进行模拟。
[0098] 本实施例提供的煤直接液化模拟装置包括：确定单元10、第一接收单元20、第一 获取单元30、计算单元40、第二接收单元50、第二获取单元60和模拟单元70。通过该装 置，使得煤直接液化模拟装置可以通过第一获取单元30在预设物性数据库中获取目标物 性数据，以及第二获取单元60在预设反应动力学模型数据库中获取目标反应动力学模型， 基于此进行的煤直接液化模拟具有更好的灵活性，操作起来更加便捷；同时，通过计算单元 40获取了煤直接液化的停留时长，因此，也使得获取的模拟结果更加丰富。
[0099] 当确定单元10确定的发生条件包括多个发生条件，模拟单元70模拟得到的模拟 结果包括多个模拟结果，其中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，该装置还可以包括 第三获取单元、对比单元和优化单元。第三获取单元，用于获取多个发生条件与多个模拟结 果之间的多个对应关系。对比单元，用于对多个对应关系进行对比，获取对比结果。优化单 元，用于根据对比结果对煤直接液化的发生条件进行优化。
[0100] 当确定单元10确定的发生条件包括多个发生条件，模拟单元70模拟得到的模拟 结果包括多个模拟结果，其中，多个发生条件与多个模拟结果一一对应，该装置还包括第四 获取单元和第五获取单元。第四获取单元，用于获取多个发生条件与多个模拟结果之间的 多个对应关系；第五获取单元，用于由多个对应关系得到多个对应关系曲线；输出单元，用 于输出多个对应关系曲线。
[0101] 优选地，根据本发明的煤直接液化模拟装置包含软件平台、内嵌及计算模块、输入 输出模块以及程序接口模块。各模块包括如下：
[0102] 软件平台包括VB、VC++图形可视化编程平台。
[0103] 采用VB/VC++等图形可视化编程语言作为平台。基于该平台，添加有文本框控件 和命令按钮控件的各种控件。由此可以实现用户以可视化的方式对煤直接液化反应进行模 拟操作，随着用户（USER)给定不同的输入条件，系统通过调用内部程序，自动给出煤直接 液化反应模拟结果。
[0104] 内嵌及计算模块包括物性数据模块、反应动力学模型模块（含不同动力学模型） 以及气含率计算模块（含不同规模装置气含率模型）。
[0105] 输入输出模块包括煤种输入、进料条件输入、设备结构条件输入、设备操作工艺条 件输入、计算结果输出、曲线绘制及输出。
[0106] 程序接口模块包括用户模型应用接口、EXCEL报表接口、Aspen+模型接口以及绘 制接口。
[0107] 通过该模拟装置，可选择不同反应动力学模型，并针对不同规模的煤直接液化装 置，选择合适的设备条件及气含率模型，实现对不同规模装置的模拟，同时输出多种信息。 该模拟器设有流程模拟软件Aspen Plus的应用接口，其输出结果可以被Aspen Plus调用。 由于Aspen Plus程序拥有丰富的物性和热力学方法，对气液相平衡具有很好的计算效果， 因此使得本装置能够获取更优的模拟结果。
[0108] 可选地，煤直接液化模拟装置的控制界面可以通过图7、图8、图9的方式展示给用 户。图7是根据本发明的煤直接液化模拟的煤种或模型的选择界面示意图，图8是根据本 发明的煤直接液化模拟的设备条件输入界面示意图，图9是根据本发明的进料输入和产品 输出界面示意图。图8中P为反应器内压强，T是反应器内温度，D和H分别是反应器的直 径和高度。
[0109] 在具有上述条件控制界面的煤直接液化模拟装置中，用户可以自行选择煤的种 类；然后输入进料条件，包括煤种、催化剂、溶剂油、氢气等物料的流量、组成等信息；同时 还需要输入预热器/反应器的大小、尺寸等设备信息以及温度、压力等操作条件；选择与所 模拟煤种及模拟装置相对应的气含率、反应动力学模型以及计分计算算法，在完成上述信 息输入后，用户通过点击主程序界面上的运行按钮，就可以通过调用程序自带的内嵌计算 程序计算得到该煤种在设定操作条件下的直接液化反应结果，其中简单的预热器/反应器 出口物料组成会在软件主程序界面上给出，详细的物料平衡表、物性数据库、敏感性分析等 信息需要在程序界面上运行后给出。
[0110] 利用该装置可以定量地了解不同煤种、进料条件、反应温度和停留时间、反应动力 学模型等因素对煤直接液化反应产品收率分布的影响，获取煤直接液化反应装置内部轴向 温度、浓度分布，并且可以对不同操作条件等进行反应结果敏感性分析，以适应现代先进的 煤炭直接液化工艺装置流程模拟的需要。同时，由于该装置界面友好，输入数据和显示优化 结果都很方便。能使用户在不熟悉专业流程模拟软件的情况下，快速寻找到优化的工艺参 数并可用来指导科学研宄与工业生产。同时，该装置的调优操作可设计为与生产实际操作 完全一致，便于用户了解煤直接液化工艺和生产操作。
[0111] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成 的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储 在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们 中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的 硬件和软件结合。
[0112] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种煤直接液化模拟方法，其特征在于，包括： 确定煤直接液化的发生条件； 接收物性数据选择指令； 根据所述物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数据，其中，所述多种物 性数据存储于预设物性数据库中； 计算反应器中煤直接液化的停留时长； 接收反应动力学模型选择指令； 根据所述反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择目标反应动力学模 型，其中，所述多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库中；W及 基于所述发生条件、所述目标物性数据和所述停留时长，按照所述目标反应动力学模 型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算反应器中煤直接液化的停留时长包 括： 接收气含率模型选择指令； 根据所述气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气含率模型，其中，所述 多个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，所述多个气含率模型中不同的气含率模 型对应不同的发生条件；W及 根据所述目标气含率模型计算所述反应器中煤直接液化的停留时长。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述发生条件、所述目标物性数据和 所述停留时长，按照所述目标反应动力学模型对煤直接液化进行模拟包括： 接收积分算法选择指令； 根据所述积分算法选择指令从多种积分算法中获取目标积分算法，其中，所述多种积 分算法存储于积分算法数据库中，所述目标积分算法为对所述目标反应动力学模型执行积 分运算的算法；W及 基于所述发生条件、所述目标物性数据和所述停留时长，利用所述目标积分算法对所 述目标反应动力学模型执行积分运算，W对所述煤直接液化进行模拟。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发生条件包括多个发生条件，得到的 所述模拟结果包括多个模拟结果，其中，所述多个发生条件与所述多个模拟结果一一对应， 在获取所述多个模拟结果之后，所述方法还包括： 获取所述多个发生条件与所述多个模拟结果之间的多个对应关系； 对所述多个对应关系进行对比，获取对比结果；W及 根据所述对比结果对所述煤直接液化的发生条件进行优化。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发生条件包括多个发生条件，得到的 所述模拟结果包括多个模拟结果，其中，所述多个发生条件与所述多个模拟结果一一对应， 在获取所述多个模拟结果之后，所述方法还包括： 获取所述多个发生条件与所述多个模拟结果之间的多个对应关系； 由所述多个对应关系得到多个对应关系曲线；W及 输出所述多个对应关系曲线。
6. -种煤直接液化模拟装置，其特征在于，包括： 确定单元，用于确定煤直接液化的发生条件； 第一接收单元，用于接收物性数据选择指令； 第一获取单元，用于根据所述物性数据选择指令从多种物性数据中获取目标物性数 据，其中，所述多种物性数据存储于预设物性数据库中； 计算单元，用于计算反应器中煤直接液化的停留时长； 第二接收单元，用于接收反应动力学模型选择指令； 第二获取单元，用于根据所述反应动力学模型选择指令从多个反应动力学模型中选择 目标反应动力学模型，其中，所述多个反应动力学模型存储于预设反应动力学模型数据库 中；化及 模拟单元，用于基于所述发生条件、所述目标物性数据和所述停留时长，按照所述目标 反应动力学模型对煤直接液化进行模拟，获取模拟结果。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括： 第一接收模块，用于接收气含率模型选择指令； 第一获取模块，用于根据所述气含率模型选择指令从多个气含率模型中获取目标气含 率模型，其中，所述多个气含率模型存储于预设气含率模型数据库中，所述多个气含率模型 中不同的气含率模型对应不同的发生条件；W及 计算模块，用于根据所述目标气含率模型计算所述反应器中煤直接液化的停留时长。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模拟单元包括： 第二接收模块，用于接收积分算法选择指令； 第二获取模块，用于根据所述积分算法选择指令从多种积分算法中获取目标积分算 法，其中，所述多种积分算法存储于积分算法数据库中，所述目标积分算法为对所述目标反 应动力学模型执行积分运算的算法；W及 模拟模块，基于所述发生条件、所述目标物性数据和所述停留时长，利用所述目标积分 算法对所述目标反应动力学模型执行积分运算，W对所述煤直接液化进行模拟。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元确定的发生条件包括多个 发生条件，所述模拟单元模拟得到的模拟结果包括多个模拟结果，其中，所述多个发生条件 与所述多个模拟结果一一对应，所述装置还包括： 第=获取单元，用于获取所述多个发生条件与所述多个模拟结果之间的多个对应关 系； 对比单元，用于对所述多个对应关系进行对比，获取对比结果；W及 优化单元，用于根据所述对比结果对所述煤直接液化的发生条件进行优化。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元确定的发生条件包括多个 发生条件，所述模拟单元模拟得到的所述模拟结果包括多个模拟结果，其中，所述多个发生 条件与所述多个模拟结果一一对应，所述装置还包括： 第四获取单元，用于获取所述多个发生条件与所述多个模拟结果之间的多个对应关 系； 第五获取单元，用于由所述多个对应关系得到多个对应关系曲线；W及 输出单元，用于输出所述多个对应关系曲线。
【文档编号】G06F17/50GK104462666SQ201410670751
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】单贤根, 曹雪萍, 李克健, 章序文 申请人:神华集团有限责任公司, 中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司上海研究院