石脑油裂解制乙烯机理模型研究

3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
Liaoning Key Laboratory of Manufacturing System and Logistics
3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.2 动量平衡方程
– 气体的粘度
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质量平衡方程
(1-1)
动量平衡方程
(1-2)
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2.机理模型介绍
Kumar分子反应动力学模型
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 布只与高度有关，同一高度上的烟气温度相同 。再根据辐射室的烟
石脑油 稀释蒸汽
对流段
产品
裂解管
燃料
辐射加热
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1.石脑油裂解制乙烯生产过程
SW型炉炉管结构图
炉膛结构为两面受辐射的单排管
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应用于石脑油裂解反应的多目标优化算法
还需要进行的工作
机理模型参数的确定 基于数据驱动的油藏操作优化 SW型炉石脑油裂解制乙烯生产过程操作优化系统的开发
石脑油裂解过程产物产率的在线预测
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3.机理模型参数确定
3.1 质量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.1 质量平衡方程
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1. 石脑油裂解制乙烯生产过程 Fra Baidu bibliotek. 机理模型介绍
3. 机理模型参数确定 4. 下一步的工作内容
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4.下一步的工作内容
已经完成的内容
四阶龙格-库塔法解常微分方程组的程序
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2.机理模型介绍
Kumar分子反应动力学模型
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2.机理模型介绍
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1. 石脑油裂解制乙烯生产过程 2. 机理模型介绍
3. 机理模型参数确定 4. 下一步的工作内容
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炉管结焦会造成两个个不良后果：
• • 一是增加了管壁的热阻，影响传热效果，若维持裂解深度，则将提 高管壁温度，增加能耗； 二是结焦使得管内径减小，管内压降增加，从而降低了乙烯的收率。
当管壁温度达到允许极限或压降达到允许极限时，裂解炉就得停 炉清焦；清焦次数的增加将对乙烯生产、燃料消耗、炉管寿命等都 带来不利影响。
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2.机理模型介绍
Kumar结焦模型
结焦速率方程
其中，其中Ca为芳香烃浓度，EC为结焦反应活化能(MJ/kmol) 。
在单位时间内反应管每一微元段的平均焦层厚度增量为:
其中，其中ρc为焦层密度 。
3.机理模型参数确定
3.2 动量平衡方程
动量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.2 动量平衡方程
组分i的分子量 有些组分的分子量还需要查询资料：如1-CnH2n-6、C6+等
气分布模型，可以得到能量平衡方程
(1-3)
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。
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2.机理模型介绍
Kumar结焦模型
烃类蒸气热裂解不可避免的会在裂解炉管内壁生成一层焦体，焦 体的厚度随裂解时间的延续会逐步增加，且沿炉管长度的空间分布 也不相同。
乙烯生产过程操作优化
石化过程系统工程(PSE)研究室
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
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1. 石脑油裂解制乙烯生产过程 2. 机理模型介绍
3. 机理模型参数确定 4. 下一步的工作内容
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5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
一次反应选择性系数的反推计算模块
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1. 石脑油裂解制乙烯生产过程 2. 机理模型介绍
3. 机理模型参数确定 4. 下一步的工作内容
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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。
3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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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。
(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、 丙烯为主的裂解气; (4) 裂解气产品被送往下游工序进行分离。
5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
模块设计与功能实现
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5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
炉型结构组态模块
EPSOS内嵌的炉型建模模块PipePainter可以对不同炉型进行可视 化灵活组态。组态模块根据裂解炉炉型的特点把整个炉管分成不同 类型的组件，例如长直管、弯头、三通等等，可以直接使用这些组 件非常灵活地建模。
相应的每一微元段的新流通内径为：
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1. 石脑油裂解制乙烯生产过程 2. 机理模型介绍
3. 机理模型参数确定 4. 下一步的工作内容
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3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
裂解炉的模拟模块
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5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
优化计算模块
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3.机理模型参数确定
3.3 热量平衡方程
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
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3.机理模型参数确定
3.1 质量平衡方程
(1-1)
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3.机理模型参数确定
3.1 质量平衡方程
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3.机理模型参数确定
3.2 动量平衡方程
– 气体的粘度
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3.机理模型参数确定
3.2 动量平衡方程
– 气体的粘度
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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。
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2.机理模型介绍
Kumar分子反应动力学模型
5.工业应用 – 乙烯裂解炉模拟优化系统
结果显示模块
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