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摘要：为进一步掌握石油炼制催化重整工艺的技术要点，为后续石油炼制的产量和质量提供支撑，在对催化重整工艺流程、影响因素以及优化方向进行简要概述的基础上，分别构建了催化重整稳态和动态模型并进行了验证，基于验证后的模型构建催化重整工艺仿真模型，对各反应器的温降情况进行分析，为今后参数的优化奠定基础。此外，基于验证过后的模型还可对催化重整其他反应进行研究。
关键词：石油炼制；催化重整；反应器；动态；稳态
0引言
石油是当前人民生产和生活中必不可少的能源，对石油的产量和质量的要求越高。在石油冶炼过程中，催化重整属于二次加工工艺，而且随着催化剂连续再生重整技术的突破，提升了石油冶炼催化重整的效率[1]。基于催化重整工艺，通过调整其反应温度和压力，将石油冶炼为重整生成油。本文将通过数值模拟仿真手段对石油冶炼过程中的催化重整工艺进行研究，为实际生产工艺参数的调整和整定提供依据。
1催化重整工艺概述
催化重整是石油冶炼的关键工艺之一，其产物包括有富含芳烃的重整石油和氢气，生产环节包括有预处理、重整反应、催化剂再生以及后分馏等四个阶段[2]。具体工艺流程，如图1所示。
如图1所示，催化重整工艺流程中的关键设备包括有重整反应器、重整油气分离罐和加热炉等。此外，针对本工艺的特点，还需要增加催化剂再生器完成催化剂的再生，进而达到连续催化的生产效果；鉴于在重整过程中还会产生副产物氢气，因此还需要为其配套氢气提纯系统。结合相关理论研究基础和实践生产经验，影响催化重整工艺效果的主要因素包括有进料液时空速、反应温度、反应压力和氢油比四项[3]。在实践生产中，一般通过对原料性质的改善、催化剂的更新、降低反应压力、及时调整反应苛刻度等操作条件进行优化以达到催化重整的效果。
2催化重整模型的建立
催化重整作为石油冶炼中的关键核心工艺之一，该工艺的核心目的是生产高辛烷值的汽油，同时伴有氢气的产生[4]。总的来讲，石油催化重整反应较为复杂。为全面对该工艺进行分析，本节将对其关键环节的模型进行建立，包括稳态模型和动态模型，分别对应的是重整反应网络和四集总反应网络。
2.1稳态模型的建立及验证
根据Smith提出的重整集总反应动力学模型，将石油原料换分为3个组分，分别为烷烃、环烷烃和芳香烃。其中，烷烃包括有脱氢环化、加氢裂化两个反应；环烷烃包括有芳构化和加氢裂化两种反应。基于上述基础建立的重整反应网络图，如图2所示。
基于上述模型，结合实践生产设置仿真参数对所构建稳态模型的准确性进行验证。参数设置如下：石油的进料流量为95 238 kg/h，反应压力为0.35 MPa，加热炉出口温度为534℃=807 K。基于上述所建立的模型和参数设置结果对催化重整工艺各反应器的各组分的流量进行仿真分析，仿真结果如图3所示：
如图3所示，在第一和第二反应器中，芳烃的含量明显增加，而环烷烃的含量明显减少，说明在这两个反应器中组要发生了环烷烃的脱氢芳构化反应；而在第三和第四反应器中，主要表现为轻烷烃的含量明显增加，而重烷烃的含量明显减少；同时，在这两个反应器中芳烃的含量也呈现的一定程度的增加。说明，这两个反应器是烷烃脱氢环化反应以及加氢裂化反应的发生；芳烃含量的增加也说明了在这两个反应器中发生了环烷烃构化反应。
上述各个反应器中的模拟仿真结果与实际生产相近，说明所构建的稳态模型准确。
2.2动态模型的建立及验证
在稳态模型的基础上，构建动态模型，对应的四集总反应网络如图4所示。
在稳态模型参数设置的基础上，增加如下参数以实现动态反应的目的。增加参数的基础设置如下：氢油比为2.2，空速设置为2.2，反应压力设置为0.35 MPa。以空速为变量，其他参数不变的基础上对不同空速对应的性能进行仿真分析，包括重整油、芳烃、氢气的产量等参数。以重整油为代表，不同空速对应的重整油含量变化，如图5所示。
空速参数的变化，如图6所示。随着空速参数的增加对应重整油量增加，这也与空速增加对应进料量增加进而增加了重整油的产量一致。说明所构建的动态模型准确。
3催化重整工艺的模拟研究
3.1催化重整工艺仿真模型构建
基于上述构建的稳态和动态仿真模型，采用HYSYS软件对催化重整反应进行数值模拟仿真研究[5]。在构建模型时以重整反应器为核心，在综合考虑数值模拟仿真结果准确性和计算速度两方面的因素下，将重整装置中的加热炉采用换热器进行替换，将催化重整反应中各个环节有机组成为一条系统，形成数值模拟仿真模型，如图7所示。
3.2催化重整仿真结果分析
在整个催化重整反应中，采用上述模型对四个反应器在整个反应过程中的温度变化进行量化分析，由于整个重整催化反应为吸热反应，对应各个反应器中温度均处于下降状态，即对各个反应器的温度下降情况进行分析，并与基于稳态模型的结果进行对比，对比结果如表1所示。
如表1所示，在第一反应器中的温度下降最为明显，随着反应的进行温降幅度减小。导致上述现象的主要原因为在第一和第二反应器主要发生了环烷烃的芳构化反应，此反应为吸热反应。而在第三、第四反应器中除了发生环烷烃的芳构化反应外，还有裂化反应的发生，其中裂化反应会放热，从而导致了温度下降幅度减小。通过对不同反应器反应过程中的温度变化，为后续催化重整工艺参数的优化奠定基础。
4结论
石油作为当前主要的能源之一，号称液体黄金，在人民生产和生活中发挥着重要的作用。石油在利用前需要通过炼制工艺形成可利用的产品，催化重整为石油炼制汽油的关键工艺之一，本文重点该工艺开展了理论研究，具体总结如下：
1）影响石油重整催化效果的因素包括有：进料液时空速、反应温度、反应压力和氢油比。
2）为分析石油重整催化反应过程，分别建立了稳态和动态仿真模型，并根据实践生产参数验证了模型的准确性。
3）基于所验证的模型，对各反应器的温降情况进行量化分析，为后续工艺参数的优化以及提升催化重整工艺的效果奠定基础。
参考文献
[1]田龙胜，唐文成，邬时津.抽提蒸馏分离纯苯及溶剂油的研究[J].石油炼制与化工，2001，32（7）：5-8.
[2]张兰新，赵仁殿，孟宪评，等.低压组合床重整技术的研究和开发[J].石油炼制与化工，2002，33（10）：1-5.
[3]宋永一，刘继华，曾榕辉，等.催化重整高氮原料预加氢技术的开发及工业应用[J].石油炼制与化工，2012，43（6）：44-48.
[4]侯文静，何非，胡子翔.面向回流焊工艺过程质量控制的温度场仿真技术研究[J].制造技术与机床，2024（3）：126-133.
[5]高永地，山红红，杨朝合，等.两段提升管催化裂解多产乙烯丙烯新工艺的实验室研究[J].石油炼制与化工，2008（4）：49-53.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
石油炼制催化重整工艺稳动态模型的构建及仿真分析论文
人参与 2024-11-20 10:12:36 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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