[发明专利]一种低温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法

说明书

本发明公开了一种低温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，属于化学与化学工程技术领域。本发明对煤焦油加氢精制进行了动力学研究，所建立的动力学模型考虑到了催化剂活性的衰减，以及温度、压力、空速等工艺条件对产品性质的影响，加氢精制过程具有明确的脱硫、脱氮、脱氧和油品轻质化四个主要目标，在进行动力学研究时可以对煤焦油中的化合物进行较为简单的集总划分。通过建立一套煤焦油加氢过程HDS动力学模型、HDN动力学模型、HDO动力学模型和燃料油产率动力学模型，进而较为准确地预测不同空速、压力、温度件下加氢产品的硫、氮、氧含量以及目标产品产率，还能预测出长周期运转下产品性质的变化。

技术领域

本发明属于化学与化学工程技术领域，涉及一种低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

能源业的发展直接影响着国家的经济繁荣与长治久安，决定着各项经济规划与发展是否可以顺利进行。由于中国具有“贫油、少气、多煤”的资源现状，如何尽可能多的发展煤炭资源的利用方式显得尤为重要。煤焦油加氢技术作为该领域一个重要的组成部分。煤焦油成为一种重要的原油替代品，针对煤焦油加氢技术的研究对我国能源结构的调整与补充具有巨大战略价值与现实意义。

集总动力学思想是一种将复杂反应体系视为纯化合物的虚拟集总组分，然后再去建立这些虚拟集总的反应网络及动力学模型。现有文献中关于煤焦油加氢的集总动力学研究较少，主要集中在切割馏分的中低温煤焦油的加氢研究上，且集总的划分又局限在固定馏程划分的思想上。在以往的针对加氢裂化的研究中，煤焦油中的化学组成通常需要被划分为8～16种集总。如Dai F等人基于碳数、反应器建模和煤焦油加氢过程的集总动力学方程，通过试验验证此方程具有良好的解释和预测能力。但存在对碳数的研究过于繁琐复杂，研究对象不明显等不足之处。

由于煤焦油中硫、氮化合物会对环境造成很大的污染，含氧化合物会降低燃料的热值导致燃烧不稳定，再者会造成设备腐蚀等负面影响。为此对低温煤焦油中硫、氮、氧杂质的脱除研究显得尤为重要，为了进一步说明煤焦油加氢裂化的反应规律，建立相应的动力学模型是本领域技术亟待解决的技术重点和难点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法。通过该方法能够较为准确地预测不同空速、压力、温度件下加氢产品的硫、氮、氧含量以及目标产品产率，还能预测出长周期运转下产品性质的变化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种低温煤焦油全馏分加氢裂化集总动力学模型建模方法，所述建模方法具体包括以下步骤：

1)对加氢裂化反应进行集总动力学的组分划分；

2)建立集总动力学模型基本假设；

3)构建加氢裂化总反应网络图；

4)建立加氢裂化集总动力学模型；

5)确定各反应的动力学参数，确定目标函数；

6)模型的验证：通过实验对比验证所建立的低温煤焦油加氢裂化动力学模型的外推性能和预测能力。

优选地，步骤1)中的加氢裂化反应包括原料油加氢裂化反应和生成油加氢裂化反应；原料油加氢裂化反应以反应后的含硫、氮、氧化合物进行划分，生成油加氢裂化反应以产物中硫含量、氮含量进行划分；

其中，集总动力学的组分划分包括集总1-含硫化合物，集总2-含氮化合物，集总3-含氧化合物；其中，集总1、集总2和集总3均为加氢裂化反应的产物中的化合物。

优选地，步骤4)中，将煤焦油中所有含硫化合物划分为一个整体进行反应动力学建模，以煤焦油中硫化含量的降低来反应煤焦油加氢裂化反应的转化程度；即煤焦油脱硫反应动力学模型HDS初步表示为：