中温煤焦油加氢裂化集总动力学研究

1中温煤焦油加氢裂化集总动力学模型的建立

1.1加氢裂化反应虚拟集总组分划分

首先需要从科学性和实用性的不同角度，对中温煤焦油的加氢裂化网络进行研究。把网络按照原料油和生成油两个层面进行分类，这样可以有效的观察到原料的反应过程，得出反应的规律和产物分布规律，从而得出原料和产品之间有效的反应条件表述关系。这将为实际生产过程中尽可能提高原料处理的深度和广度提供指导，同时也可根据市场变化，灵活的调整产品分布，保证企业经济效益的最大化。按照煤焦油的属性进行划分，可对各组分的反应规律进行有效跟踪。同时，这种属性划分也能充分利用炼油厂在对传统重质油的分析指标和方法基础上，建立一种相对简洁和有效的准确分析方法。使得从商品油中的各馏分反应划分出生成油类型，让加氢裂化反应后生成有效的各馏分油反应，得出裂解气体的产品分布，并获得规律上的正确表达。这种方式符合现代化炼油厂在市场经济体制下对商品油灵活调整的目的和要求。其次，中温煤焦油中胶质、沥青质的分子结构及加氢化学性能相对接近，虽然含量不高，但都是一些相对并难以进行处理的重质组分。在对其进行有效的虚拟集合划分后，可归为一个统一的虚拟组分，再对芳香烃和饱和烃进行有效的统一虚拟集合的划分。在此基础上可以有效的按照动力学的层面对其进行具体的加氢裂化生成油馏分的产品反应，其直接生成油也可以通过固定的馏程划分。200℃到350℃之间馏分可划分为柴油馏分的一个虚拟组分，200℃以下馏分可划分为汽油和石脑油的虚拟组分，生成的气体可划分为一个有效的虚拟组分。把这些组分根据质量由重到轻的排序，可有效的形成一个反应网络和反应速率方程的设计过程。在建立一个有效的煤焦油的集总划分方式后，可以把不同的集总按照重质组分和轻质组分的方式展开相关研究[1]。

1.2加氢裂化集总动力学模型基本假设

煤焦油的复杂组分虽可在加氢反应过程进行转化，但其反应过程相当的复杂，不能进行简易的模型处理，需要进行一些前提条件的假设，进而才能进行有效的分析。首先，需要按照原料油族组成的构成以及加氢生成油的切割方法中的差异性，进行整体的加氢反应集总的划分，形成6类的集总划分，但对反应物以及生成物沸点中一个馏程的反应不进行细致考虑。同时也要认识到裂化反应是一种不可逆的反应，其各集总的组分内反应也是不可逆的。在假设加氢裂化反应的整体速率会受到相应的反应温度影响，可得出一个有效的公式。同时也要认识到各反应的互补作用原则，对各反应需要符合自由基的作用机理进行一级反应动力学模型的描述；也要对在适宜温度和压力条件下胶质和沥青质等重组分缩合缩合反应加以考虑。在对整体的加氢裂化反应要按照动力学控制原理进行，并忽略对扩散过程的影响。最后要假设形成的气体不能生成焦炭，催化剂也处于一种正常失活的状态[2]。

1.3加氢裂化总反应网络结构

按一定的假设和集总处理，加氢裂化整体的反应效果，可形成有效的加氢裂化反应网络结构表示。

1.4反应动力学模型

在假设反应过程中没有加氢精制反应的条件下，需要适度控制系统循环气的放空量，保证系统的氢分压在一个相对较小的范围内波动，使得加氢过程可以获体积偏小的反应，进而反应的级数N=1。在实验过程中，流体会受到偏离活塞流以及引入指数项b对整体的液体体积空速修正影响，进而得出中温煤焦油加氢裂化集总动力学放映的网格方程公式组。

2中温煤焦油加氢裂化集总动力学模型的拟合

2.1建模实验数据分析

通过对氢分压和裂化床层温度以及体积空速三者对中温煤焦油的加氢裂化反应产物的影响分析可以得出其氢油体积比为1850为优，其实验的结果通过表1获得[3]。

2.2结果的数据拟合

通过VisualC++软件对模型拟合进行求解，使得四阶变步长Runge-Kutta法和最优化的求解中进行变尺度法分析。需要根据拟合的最优原则进行温煤焦油加氢裂化反应网络中的各步反应，并进行相关的动力学参数表示，进而得出表示公式，在空速、压力和氢分压一定的条件下，通过采用有效的数据拟合过程，可以得出，在673K时为最优。当在温度为673K、空速一定的条件下，将氢分压在12-14MPa变化时，可得出在不氢分压下中温煤焦油加氢裂化反应的速率常数。通过在5种不同温度、氢分压和空速条件下的数据拟合，可得出对应的中温煤焦油加氢裂化反应的速率常数。

3中温煤焦油加氢裂化集总的动力学模型分析

首先通过对反应速率分析，可以从原料族组成得出，煤焦油中生成饱和分的反应速率常数，高于饱和分裂化轻质油气的速率常数的总和。同时，要大于重组分裂的速率常数，并使得可以有效应用在加氢裂化工艺同等调价中，其煤焦油存在的胶质以及沥青体和芳香分等物质的构成，进而通过高幅度的转化获得饱和分等的轻质油品构成，这些反应作用下其气体的反应速率偏低，不容易产生大量的气体成分，并使得加氢生成油的各组结果都获得高度的符合。通过生成油的成分可以得出，生成油中的柴油馏分的生成速率相对高于汽油馏分，并高于汽油和柴油馏生成气体的反应速率。中温煤焦油加氢裂化的各生成物分析，其中汽油和柴油馏的生产会产生烷烃和饱和环烷烃以及不同的化合物。饱和分转换为柴油的反应速率会高于生成同等汽油的反应速率，并且远远大于柴油裂化的小分子链产生的汽油馏分的反应速率。可以在同等的加氢裂化条件作用下，其胶质以及沥青质等重组分裂化。同时，会合成一定的饱和大分子链的柴油馏分，可对生成馏分油相应的数据汇总得出有效的生成饱和分的效果分析。在对柴油的生成速率的研究中，芳香分通过直接的加氢裂化反应，是生成柴油中反应速率最优、高效的一种过程，其整体的结果远远大于胶质以及沥青质的反应裂化过程。胶质沥青质等稠环大分子通过加氢裂化，可获得轻质油品。其次，通过对活化能进行分析可以得出，各组分生成的汽油的反应活化能及集总都会略高，且高于生成柴油的活化能，可通过调整温度等关键参数，提高其馏分的裂化效率，以获得汽油或裂化气等目的产品。

4结语

通过对中温煤焦油加氢裂化反应的过程进行集总动力学模型分析，得出其模型的预测差值会小于总体的3%内，可以有效的对其加氢裂化过程进行有效的预测。在设置的相应反应网络中，可以得出饱和分的生成速率高于原料相应部分的反应速率。通过对其生成物的对比分析，在机理上得出加氢裂化过程轻质化的合理有效性。

作者：杨德宝 单位：中国神华煤化工有限公司鄂尔多斯分公司