USC裂解炉出口温度、炉管构型对循环乙烷裂解性能的影响

在USC裂解炉上进行了不同乙烯原料、裂解炉出口温度、炉管构型的工业裂解标定试验,结果表明,循环乙烷易脱氢生成大量的乙烯(56.35%),丙烯、丁二烯、裂解液相产物收率极低,液化气通过断链反应可生成乙烯、丙烯、丁二烯以及少量的裂解液相产物,石脑油拔头油裂解乙烯收率低,但裂解液相产物(高附加值)收率较高;乙烷裂解炉出口温度宜控制在858℃左右;与U型炉管相比,乙烷在M型炉管裂解乙烷转化率、乙烯收率、丙烯收率、三烯收率高。     

结焦抑制剂存在下轻柴油结焦反应的动力学研究

研究了结焦抑制剂上轻柴油裂解的结焦反应动力学，结果表明裂解反应的结焦前兆体是乙烯、丙烯和芳烃，进而首次建立了该体系的动力学模型。结果可用于模拟或预测结焦抑制剂上裂解炉炉的焦炭分布及运转特性。     

裂解反应动力学模型研究概况

裂解反应动力学模型是裂解炉模拟的核心,其准确性直接影响裂解产物预测的准确性以及裂解炉先进控制水平,最终影响乙烯生产的成本.裂解反应动力学模型分为经验模型、分子反应模型和机理模型.分别介绍了三种模型的主要方法和优缺点,指出各类模型的应用方向.同时介绍了裂解反应模型未来研究方向.把裂解反应动力学模型和CFD模型结合进行模拟,计算结果的准确度将得到较大的提高,将为乙烯裂解炉的精确控制提供强有力的参考.     

乙烷-丙烷混合裂解不同维度的数值模拟

随着乙烯原料向着轻质化发展,乙烷、丙烷成为重要的裂解原料,乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理的研究对乙烯原料优化具有重要意义。利用FLUENT模拟软件对乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理进行一维和二维模拟,根据一维、二维模型轴向和径向的流速、温度、原料及产物浓度分布,分析其混合裂解规律。径向的传递过程会降低裂解温度,所需供热量减少,同时径向自由基的返混促进了管中心原料的裂解,因此二维模型中乙烯和甲烷的浓度高于一维模型。乙烷-丙烷混合裂解的链引发阶段只有丙烷参与,乙烷参与了链传递过程,反应体系内自由基需要一定量的积累后才生成乙烯和丙烯。     

小分子烃类蒸汽热裂解自由基机理模型研究方法的探讨

由于热裂解存在反应时间短、自由基数量多、浓度小,且不同原料产生的不同自由基之间、反应深度较大时管壁处于高温和停留时间所生成的不同自由基与主流体间的相互作用会随时改变反应路径,并影响到产物分布,因此造成了用实验方法研究单体烃热裂解反应机理的困难。将Materials Studio软件与Aspen Plus软件相结合来研究单体烃热裂解的自由基反应机理,并通过对乙烷热裂解一次反应机理、乙烷和丙烷混合热裂解相互作用机理、动力学数据准确性对比及正已烷空间位阻的影响,对研究方法进行了论述。结果表明,数值模拟的理论方法与实验方法相比,可以深入了解实验研究不可能达到的一些机理细节问题,如果将实验研究和模拟研究相结合,可避免目前动力学模型研究中的各种假设,提高机理模型研究的准确性,为工业生产预测提供高精度的机理模型。     

小分子烃类蒸汽热裂解自由基机理模型研究方法的探讨

由于热裂解存在反应时间短、自由基数量多、浓度小,且不同原料产生的不同自由基之间、反应深度较大时管壁处于高温和停留时间所生成的不同自由基与主流体间的相互作用会随时改变反应路径,并影响到产物分布,因此造成了用实验方法研究单体烃热裂解反应机理的困难。将Materials Studio软件与Aspen Plus软件相结合来研究单体烃热裂解的自由基反应机理,并通过对乙烷热裂解一次反应机理、乙烷和丙烷混合热裂解相互作用机理、动力学数据准确性对比及正已烷空间位阻的影响,对研究方法进行了论述。结果表明,数值模拟的理论方法与实验方法相比,可以深入了解实验研究不可能达到的一些机理细节问题,如果将实验研究和模拟研究相结合,可避免目前动力学模型研究中的各种假设,提高机理模型研究的准确性,为工业生产预测提供高精度的机理模型。     

添加结焦抑制剂的轻柴油裂解反应和结焦反应模型

本文研究了有结焦抑制剂YZS1存在时的轻柴油裂解和结焦反应动力学.考虑了结焦抑制剂的功能,组合了裂解反应新的反应图式,提出了添加结焦抑制剂YZS1的轻柴油裂解反应动力学模型.实验证明裂解反应的结焦前兆体是乙烯、丙烯和芳烃,进而提出了简化的结焦动力学模型.     

乙烷丙烷裂解研究

由于我国油气资源相对贫乏,裂解原料主要来自炼厂装置产品,包括轻烃、石脑油、柴油和加氢尾油。在我国裂解原料结构中,以石脑油和加氢尾油液体裂解原料为主,乙烷和丙烷所占比例较少,主要来自乙烯装置的循环乙烷和循环丙烷。近年来,随着炼油装置的升级改造以及美国页岩气的成功开发,使得乙烯装置使用乙烷和丙烷作为裂解原料的比例逐渐增加。当前,乙烷和丙烷均以混合方式裂解。通过研究工业裂解炉裂解乙烷、丙烷和乙丙烷的裂解产物收率,与乙丙烷混合裂解相比,乙烷和丙烷单独裂解降低甲烷收率,提高了乙烯、双烯、三烯和高附产品收率,从而提高了乙烷和丙烷的裂解效率。     

烃类裂解结焦机理的研究

烃类高温裂解生产乙烯过程中 ,炉管管壁结焦不仅导致传热系数下降 ,压力降增大 ,管子腐蚀 ,还会堵塞炉管 ,影响裂解炉正常运转 ,因此研究结焦机理 ,从而更有效地抑制结焦一直受到人们的重视。结焦过程涉及到不同形式的焦油和炭的复杂过程 ,虽报道的文章很多 ,但确切机理尚不清楚。目前综合国内外的有关文献报道 ,对烃类热裂解过程中的结焦机理进行了详细综述 ,着重阐述了以金属碳化物为中间产物的金属催化反应 ,即金属催化结焦 ;非催化结焦 ;自由基结焦三种结焦机理。同时叙述了用此三种结焦机理如何解释实验室和工业装置的结焦状况。为进一步探索结焦机理开发新的结焦抑制技术奠定了一定的基础。     

关于石脑油裂解反应模型的研究

在乙烯工业生产中,石脑油是一种非常重要的原料来源,而科学地使用石脑油裂解原料的前提条件就是创建石脑油裂解反应模型。本文论述了经验模型、分子反应动力学模型和自由基反应机理模型这三种石脑油裂解反应模型,并指明了每一种模型的使用方向。     

Systematics and modelling representations of LPG thermal cracking for olefin production

Pyrolysis of hydrocarbons is an important commercial process for the production of ethylene, propylene and 1,3 butadiene. These low molecular weight olefins are among the most important base chemicals for the petrochemical industries for polymer production. A simulation program of the reaction kinetics and coke formation inside the coils of a thermal cracking unit can provide information on the effects of operating conditions on the product distribution. The aim of this study was to develop a mechanistic reaction model for the pyrolysis of LPG that can be used to predict the yields of the major products from a given LPG sample with commercial indices. A complete reaction network, using a rigorous kinetic model, for the decomposition of the LPG feed has been developed, which is used for the simulation of industrial LPG crackers. This model has been adapted using industrial data for the pyrolysis yields of LPG. The present paper attends on the asymptotic coking mechanism and describes the development of a kinetic coking model in the pyrolysis of LPG. Detailed and accurate information about the product distribution, growth of coke layer, the evolution of the tube skin temperatures can be obtained from this simulation. Simulations of this kind can be used to optimize the furnace operation. They can be used as a guide for the adaptation of the operating variables aiming at prolonging the run length of the furnace. The reactor model, as well as kinetic scheme, is tested in an industrial cracking furnace.     

乙烯联合装置能耗分析和节能技术

在石油资源日益紧张的情况下,作为石化行业能耗大户——乙烯装置的能耗分析和节能技术的研究意义非凡。根据科技原创力理论和集成技术创新思路对乙烯联合装置能耗进行分析,指出影响乙烯综合能耗的因素依次为裂解原料、裂解技术、分离流程、配套设施(公用工程、外围工程)。采用裂解原料优化、裂解技术改进、分离流程进步和配套设施改造等一系列节能技术从而使乙烯联合装置综合能耗分别下降10.23%,4.91%,2.95%,0.98%,0.59%以上,合计降低19.66%综合能耗。     

空气预热器在KBR13万t／a乙烯裂解炉上的应用

乙烯生产的能耗,其中80％以上消耗为裂解炉的燃料气消耗,因此裂解炉燃料气消耗成为决定乙烯生产能耗高低的重要因素,裂解炉的节能在乙烯装置生产过程中具有非常重要的意义,兰州石化460kt／a乙烯装置裂解炉增加空气预热器,合理利用资源,达到节能目的。     

石脑油裂解装置建模与仿真技术

裂解装置提供了石化行业大部分基础原料，石脑油是目前国内外重要的裂解原料。对石脑油裂解反应过程、结焦过程和裂解炉辐射段的建模与仿真进行了综述：目前对分子动力学研究较多，用于离线仿真能够获得较好的效果，但在线应用不多；自由基动力学模型则是深入研究石脑油裂解过程本质的必然途径，在实际应用中越来越显示出其优越性。     

基于相关积分优化方法的裂解炉优化

裂解炉是石油化工产业中重要设备,优化裂解炉运行状态对提升乙烯装置绩效至关重要。由于裂解反应机理复杂,裂解炉模型难以确定且扰动频繁,运用传统优化方法难以解决裂解炉运行优化问题。提出将相关积分优化方法应用于裂解炉运行优化,以解决裂解炉优化需要裂解炉具体模型、传统优化方法的自适应性与抗干扰性不满足裂解炉优化需求的两大问题。首先,分析影响裂解炉运行的主要操作参数,选取合适的操作变量,并构建优化目标函数;然后,采集操作变量与优化目标函数数据,建立裂解炉历史数据库。最后,基于相关积分优化方法,利用历史数据进行迭代计算以对裂解炉进行优化。仿真结果验证了相关积分优化方法在裂解炉优化中的有效性。     

延迟焦化加热炉技术现状

焦化加热炉设计和操作是延迟焦化装置的技术关键。本文阐述了国内焦化加热炉的发展历程,汇总了国内三大石油公司各生产企业在役焦化装置规模和对应炉型,阐述了国内主要炉型双面辐射箱式炉和阶梯炉的技术特点。论文分别从焦化炉管结焦机理、原料反应特性表征及工业应用几方面着重介绍了国内近几年在焦化加热炉方面开发的关键技术。国内各炼化企业焦化加热炉目前大部分为双面辐射箱式炉,新建装置多采用阶梯炉炉型。国内基于炉管结焦机理,通过建立焦化原料加工性能评价方法,开发焦化加热炉过程模拟技术,提出了针对炉管结焦的设计和操作新准则,创立了低温长停留时间增加反应给热量的工艺技术。今后焦化装置在设计以及改造中,均需要依据原料性质提前判断结焦特性,采用先进燃烧方式、合理炉管布置和流程设计、改进管内流动状态以及优化关键操作等措施,在控制炉管结焦的前提下尽量提高炉出口裂化反应深度,从而达到改善产品分布、延长装置操作周期的目的。     

Multi-objective modeling and optimization for scheduling of cracking furnace systems

Cracking furnace is the core device for ethylene production. In practice, multiple ethylene furnaces are usual y run in parallel. The scheduling of the entire cracking furnace system has great significance when multiple feeds are simultaneously processed in multiple cracking furnaces with the changing of operating cost and yield of product. In this paper, given the requirements of both profit and energy saving in actual production process, a multi-objective optimization model contains two objectives, maximizing the average benefits and minimizing the average coking amount was proposed. The model can be abstracted as a multi-objective mixed integer non-linear programming problem. Considering the mixed integer decision variables of this multi-objective problem, an improved hybrid encoding non-dominated sorting genetic algorithm with mixed discrete variables (MDNSGA-I ) is used to solve the Pareto optimal front of this model, the algorithm adopted crossover and muta-tion strategy with multi-operators, which overcomes the deficiency that normal genetic algorithm cannot handle the optimization problem with mixed variables. Finally, using an ethylene plant with multiple cracking furnaces as an example to illustrate the effectiveness of the scheduling results by comparing the optimization results of multi-objective and single objective model.     

分子尺度反应动力学模型构建在催化裂化/裂解过程中的应用进展

随着环保法规的日益严格和成品油质量标准的持续升级,对催化裂化/裂解过程的产品要求和控制逐渐精细到分子级别,可靠的分子尺度反应动力学模型是实现催化裂化/裂解过程分子管理的关键所在。本文简述了催化裂化/裂解的反应机理和反应类型,回顾了近三十年来不同方法对催化裂化/裂解过程反应网络和分子尺度反应动力学模型构建的研究进展。重点对不同模型构建技术的优缺点进行了详细的对比分析,指出了催化裂化/裂解过程分子尺度反应动力学模型构建的研究方向：开发更为精细的石油分子分析表征技术,构建与催化剂失活和反应器模型相结合的分子尺度反应动力学模型,实现基于分子管理的催化裂化/裂解过程反应器设计和工艺工程放大。此外,指出建立对分子集构建、反应网络构建和动力学参数求解的集成化平台是分子尺度反应动力学发展的必然趋势。     

基于P-graph的乙烯裂解原料调度建模与优化

乙烯工业不同的裂解装置间存在着设备、技术上的差别，每一种原料在乙烯工厂不同炉型或工艺的裂解装置的乙烯产品收率、能耗也存在着差别。随着新的乙烯工厂的投产，需要同时运行台数众多的差异化裂解装置，从而为通过优化调度乙烯裂解原料实现提高物效、降低能耗提供了空间。对于此类工厂间原料调度及能耗优化问题提出了一种基于P-graph的建模和优化方法(scheduling generation based on P-graph, SGBP算法)，该算法通过P-graph本身提取过程结构信息的能力，在加速求解的同时，保留了次优解集。之后以两个实际的乙烯厂为研究实例，采用提出的SGBP方法实现了原料调度的建模和优化，该方法与MINLP优化算法的对比分析验证了提出方法的优势：(1)可以同时提供较为丰富的最优解与次优解方案；(2)提出方法的最优结果与MINLP的优化效果相当；(3)优化后的整体能耗下降明显，为生产计划人员选择可采用灵活的原料调配方案提供了多种可选择的运行方案。