一种丙烷脱氢反应建模方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113707231A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202111032737.8G16C10/00(2019.01)(22)申请日2021.09.03(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100000北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中石化炼化工程（集团）股份有限公司(72)发明人孙世源王龙延孟凡东闫鸿飞张亚西武立宪张瑞风杨鑫(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463代理人覃蛟(51)Int.Cl.G16C20/10(2019.01)G16C20/70(2019.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称一种丙烷脱氢反应建模方法及装置(57)摘要本发明公开了一种丙烷脱氢反应建模方法及装置，属于石油化工技术领域。该方法包括以下步骤：将丙烷脱氢反应的原料和产品分别划分成原料集总和产品集总，其中，原料集总为丙烷集总，产品集总包括丙烯集总、氢气集总、甲烷集总、乙烯集总、乙烷集总、其它集总和焦炭集总；根据划分所得的集总以及丙烷脱氢反应机理建立丙烷脱氢反应网络；根据丙烷脱氢反应网络建立丙烷脱氢反应动力学模型；根据流化床反应器的工艺特点建立丙烷脱氢反应过程模型；提出目标函数，求解动力学模型参数。该方法通过根据丙烷脱氢反应机理建立的动力学反应网络并结合根据流化床反应器特点建立的丙烷脱氢反应模型，可以精确预测反应产品分布，优化反应操作条件。CN113707231ACN113707231A权利要求书1/3页1.一种丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，包括以下步骤：将丙烷脱氢反应的原料和产品分别划分成原料集总和产品集总，其中，所述原料集总为丙烷集总，所述产品集总包括丙烯集总、氢气集总、甲烷集总、乙烯集总、乙烷集总、其它集总和焦炭集总；根据划分所得的集总以及丙烷脱氢反应机理建立丙烷脱氢反应网络；根据所述丙烷脱氢反应网络建立丙烷脱氢反应动力学模型；根据流化床反应器的工艺特点建立与丙烷脱氢反应动力学模型中参数相关的丙烷脱氢反应过程模型；提出目标函数，求解丙烷脱氢反应动力学模型参数，将解得的参数代入所述丙烷脱氢反应过程模型算出流化床反应器出口的待求数据。2.根据权利要求1所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，所述产品集总中，所述丙烯集总为主要产品集总，所述氢气集总、所述甲烷集总、所述乙烯集总、所述乙烷集总和所述焦炭集总为次要产品集总，所述其它集总为剩余产品集总；所述丙烷集总分别与所述主要产品集总、所述次要产品集总和所述剩余产品集总建立反应网络；所述丙烯集总还分别与其它所述次要产品集总及所述剩余产品集总建立反应网络。3.根据权利要求1所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，丙烷脱氢反应动力学模型的基本方程为：ri＝kicj；3其中，ki为反应速率常数，单位为1/s；cj表示丙烷或丙烯的摩尔浓度，单位为kmol/m，ri为第i个反应的反应速率，单位为kmol/s/m3。4.根据权利要求3所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，反应速率常数由以下方程计算得到：其中，R表示理想气体常数，8.314kJ/kmol·K；ki0和Ei0分别表示反应的指前因子和活化能，单位为1/s和1；T表示实际反应温度，单位为K；T*表示参考反应温度，单位为K。5.根据权利要求4所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，丙烷或丙烯的摩尔浓度经以下方程计算得到：cj＝ni/vg；3其中，nj表示丙烷或丙烯的摩尔流率，单位为kmol/s；vg表示气体流率，单位为m/s。6.根据权利要求5所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，丙烷脱氢反应过程模型为：2CN113707231A权利要求书2/3页3其中，mcat表示催化剂藏量，单位为kg；ρc表示催化剂堆积密度，单位为kg/m；θ(t)＝αtβ，t表示反应时间；εc表示密相床催化剂体积分数，由计算得到，Ω为密相床横截面积，单位为m2；各组分摩尔流速的初始值计算如下：以及nCK＝0；表示丙烷气体流量，单位为m3/s。7.根据权利要求1所述的丙烷脱氢反应建模方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，为试验值和拟合值的误差平方和；nexp为试验的次数；ncexp为组分数，yij为i集总在反应j中的试验浓度，为i集总在反应j中的拟合浓度；反应器出口各气体组分的质量收率由下式计算：其中，MWi表示第i组分的分子质量，单位为kg/kmol。8.一种丙烷脱氢反应过程的建模装置，其特征在于，所述建模装置包括采用权利要求1‑7任一项所述的丙烷脱氢反应建模方法进行建模的建模模块。9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行权利要求1‑7