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乙苯脱氢制苯乙烯过程建模与优化

作　者: 翁剑峰
导　师: 钱锋
学　校: 华东理工大学
专　业: 过程系统工程
关键词: 烷基化乙苯脱氢动态建模全流程优化
分类号: TQ241.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

乙苯脱氢制苯乙烯是目前工业上生产苯乙烯的主要工艺路线。该路线包括了：苯与乙烯在催化剂作用下经烷基化反应生产乙苯,反应产物经提纯后进一步在脱氢催化剂作用下反应生产苯乙烯,反应产物经提纯得到合格的苯乙烯产品。本文从工业应用的角度,采集并筛选出一段时间内工业反应器的历史运行数据和反应器进口、出口组成人工分析数据,基于这些数据,采用文献报道的动力学速率形式,分别用差分进化算法拟合了烷基化反应动力学参数、烷基转移反应动力学参数和乙苯脱氢动力学参数,模拟结果表明拟合的模型参数能较好地表征反应器的特性。此外,还建立了乙苯脱氢工业反应器的一维拟均相动态模型,以该模型为基础,采用阶跃扰动研究了乙苯脱氢反应器的动态特性。为了能降低苯乙烯单位产品能耗,本文用Aspen Plus建立了全流程数学模型,以全流程为研究尺度,考虑各个单元设备之间的物流与能流耦合,研究分析了各个操作变量对装置综合能耗的影响。在此综合分析的基础上,提出了苯烷基化制乙苯单元和乙苯脱氢制苯乙烯单元的优化方案,模拟结果表明,通过各相关操作变量的调整,能大幅降低装置的单位产品能耗,提高企业效益。为了增强模型的适用性与便利性,根据工业装置现场实际的操作需求开发了一套优化系统,该优化系统以严格的机理模型为基础,在满足工艺约束的前提下,给出关键操作变量优化调整的方向来指导实际现场操作。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-18
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 乙苯生产技术简介  11-12
    1.2.1 传统AlCl_3法  11
    1.2.2 气相分子筛法  11-12
    1.2.3 液相分子筛法  12
    1.2.4 催化干气法  12
  1.3 苯乙烯生产技术简介  12-14
    1.3.1 乙苯催化脱氢法简介  12-13
    1.3.2 苯氧化脱氢法  13
    1.3.3 复合型脱氢工艺  13-14
  1.4 国内苯乙烯行业面临的问题与挑战  14
  1.5 乙苯脱氢过程优化运行的研究进展  14-17
  1.6 本文的主要研究内容  17-18
第2章乙苯生产单元流程建模  18-42
  2.1 乙苯生产单元流程介绍  18-20
  2.2 烷基化与烷基转移反应器建模  20-27
    2.2.1 主要反应式  20
    2.2.2 反应动力学模型  20-21
    2.2.3 目标函数的建立  21-22
    2.2.4 参数拟合方法  22-23
    2.2.5 烷基转移反应动力学参数拟合  23-25
    2.2.6 烷基化反应动力学模型参数拟合  25-27
  2.3 苯生产单元全流程建模与影响因素分析  27-41
    2.3.1 乙苯生产单元过程建模  27-28
    2.3.2 能耗与选择性的定义  28-30
    2.3.3 苯进料负荷固定时,其它操作变量对装置能耗与产量的影响  30-36
    2.3.4 苯进料负荷变化对装置能耗与产量的影响  36-38
    2.3.5 反应器入口苯进料与R-101反应器内回流量分配对装置能耗与产量的影响  38-41
  2.4 本章小结  41-42
第3章苯乙烯生产单元流程建模  42-67
  3.1 苯乙烯生产单元流程介绍  42-43
  3.2 苯脱氢反应器建模  43-55
    3.2.1 乙苯脱氢主要反应式与反应动力学模型  44-45
    3.2.2 动力学模型的选择  45-48
    3.2.3 反应器的动态建模  48-49
    3.2.4 相关的辅助方程  49-53
    3.2.5 模型的数值解法  53
    3.2.6 苯脱氢反应动力学模型参数拟合  53-55
  3.3 苯脱氢反应器的动态特性  55-60
    3.3.1 反应器开车模拟  56-58
    3.3.2 反应器温度阶跃测试  58-59
    3.3.3 反应器流量阶跃测试  59-60
  3.4 苯乙烯生产单元全流程建模与影响因素分析  60-65
    3.4.1 苯乙烯生产单元反应器建模  60
    3.4.2 苯乙烯生产单元分离过程建模  60
    3.4.3 乙苯进料流量对装置能耗与产量的影响  60-61
    3.4.4 反应器入口温度对装置能耗与产量的影响  61-62
    3.4.5 反应器进料水比对装置能耗与产量的影响  62-63
    3.4.6 固定反应物料入口温度,反应进料与水比的协同作用对产品单耗的影响  63-64
    3.4.7 固定乙苯进料,反应物入口温度与水比的协同作用对产品单耗的影响  64-65
    3.4.8 固定进料水比,反应物入口温度与乙苯进料量的协同作用对产品单耗的影响  65
  3.5 本章小结  65-67
第4章优化结果及优化方案探讨  67-74
  4.1 乙苯生产单元优化  67-69
    4.1.1 优化方案设计  67
    4.1.2 优化方案的理论节能效果  67-68
    4.1.3 实际现场调优与调优效果  68-69
  4.2 苯乙烯生产单元优化  69-73
    4.2.1 优化方案  69-71
    4.2.2 优化方案的理论节能效果  71-72
    4.2.3 现场实际调优与调优效果  72-73
  4.3 本章小结  73-74
第5章总结与展望  74-78
  5.1 本文总结  74-77
  5.2 展望  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士期间发表的论文以及参与的项目  82

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