汽油二次反應的催化劑失活動力學及反應器模擬.pdf

1、日益嚴格的環(huán)境法規(guī)對車用汽油的質量提出了更高的要求。汽油二次反應，不僅能有效降低催化裂化汽油的烯烴和硫含量，而且可根據(jù)需要增產丙烯和異丁烯等高附加值的化工原料，是保證車用汽油新標準順利實施的一條重要途徑。然而該領域的基礎理論研究嚴重滯后于工程實踐。本文圍繞汽油二次反應的催化劑失活動力學、反應器模擬、辛烷值預測、增產丙烯，以及優(yōu)化算法的開發(fā)和應用等多方面進行研究，旨在為清潔汽油的生產提供理論支持與技術指導。
　　結合汽油二次反應過程

2、中催化劑的快速失活特征，本論文分析了由于催化劑積碳而引起的快速失活行為與規(guī)律，探明了催化劑失活對二次反應體系的雙重作用；提出了選擇性失活耦合非選擇性失活的新策略，基于該策略建立了催化劑的反應物導向選擇性失活模型，采用載流時間而非積碳量的冪指數(shù)失活函數(shù)來描述催化劑活性歷程；并進一步建立了考慮反應物導向選擇性失活的汽油二次反應八集總反應動力學模型。
　　針對該復雜反應動力學模型解析所面臨的高度非線性的多參數(shù)全局尋優(yōu)等實際困難，本研究在

3、基因算法中引入模擬退火思想和自適應進化策略，提出了一種改進的自適應基因算法。該算法具有收斂速度快、優(yōu)化效率高、爬坡能力強、能有效避免早熟和局部最優(yōu)陷阱等優(yōu)點。應用新算法求解模型，結果表明：與未考慮失活的動力學模型對比，考慮反應物導向選擇性失活動力學模型的動力學參數(shù)和模擬結果更加合理、可靠，且具有更佳的計算精度和預測能力，能更加確切地、真實地描述二次反應體系，為催化劑失活的優(yōu)化控制提供理論指導。
　　為了滿足日益強勁的丙烯市場需求，

4、開展了汽油二次反應過程增產丙烯研究以及操作條件優(yōu)化。本論文提出了基于萊溫伯格馬夸特改進支持向量機的LM/SVM新方法，并采用該方法建立了汽油二次反應的液化氣和丙烯產率預測模型。采用序列二次規(guī)劃算法對二次反應增產丙烯過程進行優(yōu)化，得到了最大化生產丙烯的最佳操作條件和最優(yōu)產率，為二次反應增產丙烯提供了理論基礎，也為現(xiàn)代優(yōu)化算法在化學化工中的應用提供了新思路。
　　辛烷值是車用汽油重要的質量指標，本文采用多元線性回歸和BP神經網絡算法分

5、別建立了二次反應清潔汽油的研究法辛烷值預測模型。實例計算驗證和對比分析結果表明：BP神經網絡模型其強大的非線性映射能力能夠更好地反映汽油研究法辛烷值與各集總組分之間的復雜關系，具有較高的模擬精度和較好的可行性，且應用簡便。
　　提升管反應器內進行的汽油二次反應系統(tǒng)屬于一個典型的流動、反應、傳遞強耦合、高度非線性、長時延、分布參數(shù)不確定性的多尺度復雜系統(tǒng)。本研究將汽油二次反應提升管反應器劃分為考慮催化劑顆粒表面的反應動力學的微尺度、

6、考慮顆粒團聚物、空隙率、稀密相、氣固兩相非均勻流動結構的介尺度、以及考慮產物分布和溫度分布的提升管反應器宏尺度；運用多尺度建模方法建立了各子尺度模型；并采用鑲嵌策略整合各子尺度模型建立了同時考慮汽油二次反應系統(tǒng)的流動、反應、傳質、傳熱及其耦合過程的提升管反應器多尺度模型。采用EQUATRAN-G軟件編程求解模型結果表明：多尺度模型可準確預測提升管反應器內的非均勻性結構、各集總濃度分布、反應器溫度分布；揭示了汽油二次反應提升管反應器內不同