煤/重油加氢共炼集总动力学研究

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煤/重油加氢共炼工艺以重油代替煤直接液化工艺中的供氢溶剂,利用煤与重油间的协同效应,在分散型催化剂和氢气存在下,同时实现煤的液化及重质油的轻质化。本论文针对煤/重油加氢共炼工艺开展了反应动力学的研究,将新疆淖毛湖低阶煤与马瑞常压渣油(MRAR)、催化裂化油浆(FCCS)配制成油煤浆体,进行高压釜评价,考察反应温度和反应时间的影响,得到了油煤浆在不同反应条件下的产物分布。依据产物分布的特征将反应划分成两个阶段——煤液化为主阶段和液化产物与重油的裂化为主阶段,针对煤液化为主的阶段,在建立四集总动力学模型基础上,优化出了五集总模型;针对液化产物与重油裂化为主的阶段,建立了七集总动力学模型,并对模型进行了优化,采用MATLAB计算了各个阶段反应动力学参数。评价结果表明,当反应温度低于400℃,随着反应温度的升高四氢呋喃不溶物的收率显著下降,主要转化成前沥青烯、沥青烯,而正己烷可溶物和气体收率变化不明显。当反应温度高于400℃,随着温度的升高四氢呋喃不溶物的收率变化幅度较小,正己烷可溶物和气体收率则显著上升,主要发生的反应为前沥青烯、沥青烯转化成正己烷可溶物与气体。因此从反应历程上将煤/重油加氢共炼的反应过程可划分为煤液化为主和液化产物与重油的裂化为主两个反应阶段。针对煤液化为主阶段,首先建立四氢呋喃不溶物、前沥青烯、沥青烯、油和气体四集总动力学模型,通过误差分析发现该模型中各反应的反应速率常数、活化能误差较大,因而将该模型优化为四氢呋喃不溶物、前沥青烯、沥青烯、油、气体五集总动力学模型。动力学参数计算结果表明,该五集总动力学模型更适合该反应阶段,并发现该反应阶段生成的前沥青烯、沥青烯均不稳定,但前沥青烯易于生成沥青烯,沥青烯易于生成油。针对液化产物与重油裂化为主阶段,首先建立四氢呋喃不溶物、前沥青烯、沥青烯、VGO、尾油、汽油与柴油和水、气体七集总动力学模型,通过计算反应活化能发现,四氢呋喃不溶物转化为前沥青烯和沥青烯,以及前沥青烯转化为沥青烯的活化能较大,与实际反应过程不一致,因而将该模型优化为四氢呋喃不溶物、前沥青烯、沥青烯、正己烷可溶物、汽油与柴油、水、气体七集总模型。动力学计算结果表明,在调整后的七集总动力学模型中,生成的前沥青烯、沥青烯主要发生单向裂化反应,按照四氢呋喃不溶物→前沥青烯→沥青烯→汽油、柴油方向进行,与实际反应中煤转化成中间产物再转化成油的规律一致。
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