[發明專利]烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置

在審

• 申請號: 202210858758.3
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115291573A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 陳玉石;江洪波;王建平;張振遠;辛志成;李德飛
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;石化盈科信息技術有限責任公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G16C20/10
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;鄧樹山

本發明提供了一種烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置。本發明提供的烷基化反應動力學模型建模方法可以用于丁烯和異丁烷的硫酸法烷基化反應的模擬計算，其集總劃分更加詳細，并且依據工業裝置中的烷基化反應器的結構型式及流動狀態，更加接近實際的工業生產情況，可以更加準確地預測烷基化油的組成，滿足現代硫酸法烷基化工藝裝置流程模擬的需要；并為優化操作參數提供了更具實際意義的指導，利于提高生產裝置的經濟效益。

技術領域

本發明涉及烷基化反應技術領域，特別地涉及一種烷基化反應動力學模型的建模方法及裝置。

背景技術

在煉油工業中，烷基化反應是以異丁烷為原料，在強酸的作用下，與C₃-C₅烯烴反應生成烷基化油的過程。生成的烷基化油具有辛烷值高，硫含量低，不含烯烴、芳烴等特點，是一種十分理想的汽油調和組分。將烷基化油作為車用汽油的調和組分不僅可以提高其辛烷值，還可以作為溶劑稀釋其他汽油組分，降低汽油中硫、烯烴、苯和芳烴等的含量。

烷基化反應需要在強酸催化劑的作用下進行，所以按照催化劑的性質可以將烷基化工藝分為液體酸、固體酸以及離子液體酸三類。液體酸主要包括硫酸法和氫氟酸法，是目前廣泛使用的烷基化工藝，但是也存在著不可避免的問題，在安全和環保方面都會存在很大的問題。針對傳統液體酸的不足，近年來固體酸法和離子液體法得到了大力發展，但是其固體酸催化劑易失活和離子液體價格昂貴等問題尚未得到解決，沒有實現大規模工業應用，目前工業上使用的烷基化工藝幾乎全部為硫酸法和氫氟酸法。相比氫氟酸工藝，硫酸法烷基化操作安全，價格便宜，生成烷基化油質量高，更加符合我國的國情。

同時隨著人們生活水平的提高，汽車保有量大幅增加，汽車排放尾氣對空氣的污染日趨嚴重，因此國家標準對車用汽油中硫和烯烴等的含量要求日益嚴格。據相關資料記載，我國車用汽油的主要組分是催化汽油，約占70％，并且硫含量普遍較高，需要進行深度脫硫之后才能調入車用汽油。而目前的脫硫工藝會伴隨著烯烴飽和，導致汽油的辛烷值損失嚴重，所以煉廠必須要向其中加入高辛烷值的汽油調和組分加以彌補。因此，具有高辛烷值的烷基化油越來越受到重視。

烷基化反應是一個化學反應和擴散共同控制的過程，其反應非常復雜，包含一系列基于正碳離子為中間體的反應、烯烴聚合反應、斷裂反應以及與催化劑硫酸的反應等等。同時烷基化的影響因素也較多，一般認為異丁烷向酸相的傳質是決定反應快慢的控制步驟，在烷基化過程中，由于酸烴兩相密度及黏度差異較大，因此酸烴的微觀混合狀態對反應的選擇性及收率有較大的影響。此外，反應溫度、酸濃度、酸烴比、烷烯比等也對反應收率影響較大。烷基化反應動力學是探討烷基化機理的重要方法，許多的研究者對烷基化反應動力學進行了研究。

1945年，Schmerling最早提出了以正碳離子為基礎的鏈式反應機理來解釋烷基化過程，并將其描述為主要分為鏈引發、鏈增長、鏈終止三個階段。利用正碳離子機理能夠較為準確的解釋酸催化的烷基化過程，現已被普遍接受。1972年，Langley利用正碳離子模型描述了丙烯和異丁烷的烷基化反應，并且根據穩態近似的方法求得了速率常數。1977年，Lien-mow Lee對硫酸法烷基化反應動力學進行研究，考慮了烯烴和烷烴的加成反應及烯烴的聚合反應，利用傳質和化學反應同時進行的理論，通過實驗分析了烯烴在酸相中的溶解度和擴散系數，并計算了模型參數，提出保持較高的烷烯比對于烷基化產物的質量和收率是必要的。但是考慮的反應類型較少，得到的模型細致程度有限。2013年，孫偉振研究了在間歇攪拌反應器內的硫酸法烷基化反應動力學，通過GC-MS分析得到了16種烷基化產物的分布，并且基于正碳離子反應機理建立了動力學模型來預測三種關鍵組分(三甲基戊烷、二甲基己烷、高碳組分)的濃度變化，但是其集總組分劃分較為粗糙，對低碳組分(C₅-C₇烷烴)考慮并不完全。

烷基化反應動力學研究大大推進了烷基化工藝的進步，但是依然存在著集總組分劃分不夠詳細、對于反應器模型的處理不夠完善等問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：