裂解装置是石化行业中生产能力最高、能耗也最大的装置之一,是乙烯、丙烯等石化基础原料的主要来源。石脑油是其重要的裂解原料,随着科学技术的发展和人类需求的提高,对石脑油裂解炉的研究日益受到重视。本文对石脑油裂解炉的建模及其在线应用、优化技术等方面展开研究,取得了一系列成果: (1)建立了石脑油裂解炉在线仿真模型,突破了以前各种模型仅用于离线仿真的局限。提出了一种基于工业测量的石脑油常规物性数据快速估算石脑油详细组成的算法,进而可以求取石脑油的平均分子式和生成热、比热容等重要平均物性参数;设计了一种随机搜索算法,实现了分子反应动力学网络一次反应选择性系数的自寻优;通过在线采集实时数据库工况数据实现分子动力学模型的在线应用,可实时预测主要裂解产物收率和裂解深度。为过程操作优化奠定了基础。 (2)建立了实用的石脑油裂解过程自由基机理模型。根据自由基理论,推导构建了符合我国石脑油原料特征的石脑油裂解反应过程自由基反应网络,引入拟稳态法和简化策略,建立了简化的石脑油裂解过程机理模型,实...
第1章 引言14-38
    1.1 前言14-17
    1.2 石脑油裂解炉17-21
        1.2.1 乙烯生产方法17-18
        1.2.2 裂解炉与典型生产工艺18-21
        1.2.3 石脑油21
    1.3 石脑油裂解炉建模技术的研究现状21-28
        1.3.1 石脑油裂解过程反应模型21-26
        1.3.2 结焦过程建模26-27
        1.3.3 反应管传热模型27-28
    1.4 石脑油裂解炉优化技术的研究现状28-31
    1.5 发展趋势31-32
    1.6 应用前景分析32-33
    1.7 论文研究的目的、内容和创新点33-35
        1.7.1 论文研究的目的33-34
        1.7.2 论文研究的内容34
        1.7.3 论文的创新点34-35
    1.8 论文各部分主要内容35-38
第2章 石脑油裂解反应过程模型38-54
    2.1 前言38-43
        2.1.1 石脑油原料的性质38-42
        2.1.2 石脑油裂解性能的评价指标42-43
        2.1.3 影响石脑油裂解性能的因素43
    2.2 分子动力学模型43-49
        2.2.1 Hirato 模型44-46
        2.2.2 Kumar 模型46-49
    2.3 自由基模型49-53
        2.3.1 Rice 自由基理论50
        2.3.2 Eunjung Joo 模型50-52
        2.3.3 Spyro 软件52-53
    2.4 本章小结53-54
第3章 裂解炉工艺数学模型54-73
    3.1 裂解炉辐射段炉管结构54-56
    3.2 建模所需的简化与假设56
    3.3 石脑油裂解过程化学动力学模型56-58
    3.4 传热模型58-63
        3.4.1 炉膛辐射传热模型59
        3.4.2 管内外传热模型59-61
        3.4.3 管内裂解气升温吸热过程61-63
    3.5 压力降数学模型63-64
    3.6 清洁管稳态仿真结果与分析64-66
    3.7 结焦模型66-69
        3.7.1 结焦对裂解过程的影响66
        3.7.2 结焦机理反应动力学模型66-67
        3.7.3 裂解管全周期工艺数学模型的建立67-68
        3.7.4 裂解管全周期模型计算步骤68-69
    3.8 裂解炉反应管全周期仿真69-72
    3.9 本章小结72-73
第4章 石脑油裂解炉动态特性研究73-89
    4.1 前言73-74
    4.2 加热管传热过程动态模型74-78
        4.2.1 加热管稳态模型74-76
        4.2.2 加热管动态模型76-77
        4.2.3 加热管动态特性仿真77-78
    4.3 石脑油裂解炉传热动态模型78-80
        4.3.1 稳态模型简述78
        4.3.2 动态模型推导78-80
    4.4 仿真结果与分析80-87
        4.4.1 炉膛温度阶跃扰动81-82
        4.4.2 进料流量和稀释蒸汽流量阶跃扰动82-86
        4.4.3 进料横跨温度阶跃扰动86-87
    4.5 本章小结87-89
第5章 石脑油详细组成估算89-100
    5.1 前言89-90
    5.2 估算方法评述90
    5.3 基于常规物性参数的估算方法90-96
        5.3.1 常规物性参数90-91
        5.3.2 石脑油的组成91
        5.3.3 算法91-96
    5.4 结果与分析96-98
    5.5 本章小结98-100
第6章 石脑油裂解炉分子动力学模型研究100-116
    6.1 前言100
    6.2 在线模型的系统结构100-101
    6.3 石脑油平均物性的在线更新101-102
    6.4 模型参数的在线调整102-109
        6.4.1 一次反应选择性系数103
        6.4.2 系数调整的随机搜索算法103-107
        6.4.3 系数调整的结果分析107-109
    6.5 模型在线应用109-114
        6.5.1 工业检验方法111-112
        6.5.2 在线仿真结果与分析112-114
    6.6 本章小结114-116
第7章 石脑油裂解炉自由基模型研究116-149
    7.1 前言116-117
    7.2 自由基理论117-122
        7.2.1 基元反应117-119
        7.2.2 乙烷裂解过程自由基动力学模型119-122
    7.3 烃类裂解自由基模型的数值计算方法分析122-130
        7.3.1 计算对象122-124
        7.3.2 计算方法分析124-127
        7.3.3 拟稳态法的改进127-130
    7.4 石脑油裂解反应自由基机理130-140
        7.4.1 简化与假设130-132
        7.4.2 自由基建模的步骤132
        7.4.3 动力学参数132-135
        7.4.4 几种典型烃类的裂解自由基机理135-139
        7.4.5 石脑油裂解反应网络的推导139
        7.4.6 反应动力学网络的简化策略139-140
    7.5 模型的应用与分析140-148
        7.5.1 稳态工艺数学模型计算框架140-141
        7.5.2 在线模型141
        7.5.3 仿真结果与分析141-148
    7.6 本章小结148-149
第8章 石脑油裂解炉优化技术研究149-164
    8.1 前言149-151
    8.2 影响裂解产物收率的因素151-153
        8.2.1 裂解温度和停留时间151-152
        8.2.2 烃分压152
        8.2.3 稀释蒸汽152-153
    8.3 裂解炉优化问题的数学描述153-157
        8.3.1 决策变量的选取153
        8.3.2 目标函数的确定153-155
        8.3.3 约束条件的建立155-156
        8.3.4 优化算法的选择156-157
    8.4 裂解炉的操作优化157-162
        8.4.1 目标函数157-160
        8.4.2 可行域160
        8.4.3 优化计算步骤160-161
        8.4.4 优化结果161-162
    8.5 石脑油裂解炉的在线优化实施162
    8.6 本章小结162-164
第9章 总结与展望164-168
    9.1 论文主要成果164-166
        9.1.1 石脑油裂解炉稳态工艺数学模型164
        9.1.2 石脑油裂解炉动态模型164-165
        9.1.3 石脑油详细组成估算算法165
        9.1.4 石脑油裂解分子动力学模型的在线应用165
        9.1.5 石脑油裂解过程自由基机理模型及在线应用165-166
        9.1.6 石脑油裂解炉实时操作优化166
    9.2 研究展望166-168
        9.2.1 石脑油裂解过程自由基模型的完善166-167
        9.2.2 柴油和加氢尾油裂解过程建模167
        9.2.3 裂解炉全系统优化167-168
参考文献168-179
致谢与声明179-180
附录A 自由基热化学性质数据表180-181
附录B 某些物质临界数据表181-182
附录C 某些物质的热化学物理数据182-184
附录D 相关物性数据计算184-187
附录E 自由基反应网络简化方法187-192
附录F 石脑油裂解反应动力学网络192-231

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