分子炼油概念与原理20160520-徐春明 1

1、炼化分子管理：概念与原理,中国石油大学（北京） 重质油国家重点实验室,“中国石油炼化企业总工程师培训班” 2016-5-20 北京，昌平,大纲,0. 前言 分子管理的概念 理论与方法基础 应用举例,炼化过程优化的目的,传统RA4=2; A2=1;”,起始输入分子：,应用反应规则：,芳香环饱和,环烷环开环,断侧链,烷烃裂解,网络详情： 分子数 40 反应数 66,应用反应规则，计算机快速实现反应网络自动生成及可视化,2.2 石油大学近期工作,分子管理底层软件框架,2.3 分子性质预测,有限检测信息,分子组成模型回归,分子组成,宏观性质预测,原料组成复杂，大量分子性质无法直接得到 预测产品性质从根

2、本上就是对分子性质进行预测 分子性质关系着分子管理实施的方方面面,2.3 分子性质预测,不存在严格意义上的优劣，可根据实际需求，可以选择合适的方法。,常见性质预测方法,基团贡献（GC） 结构性质关联（QSPR） 状态方程（EoS） 类导体屏蔽模型(COSMO) 分子动力学模拟(MD) 蒙特卡罗模拟法（MC）,2.3 分子性质预测,采用人工神经网络方法预测纯液体烃的辛烷值,随着实验数据不断丰富和模型参数更加精确，可预测分子及性质的范围和准确性都会不断提高。,2.4 分子反应网络构建及求解方法,数据关联模型 反应机理模型,反应路径/网络 动力学参数,2.4 分子反应网络构建及求解方法,原料,组成构

3、建技术,分子组成,反应数据库,反应网络构建,量化计算,产物性质,2.4 分子反应网络构建及求解方法,计算机实现,分子存储形式,反应位点识别,分子操作,主要研究内容,2.4 分子反应网络构建及求解方法,反应网络构建 可视化技术,3. 分子管理技术应用举例,主要应用方向,油品调和,原油调和，汽油调和，柴油调和,单元操作,FCC汽油加氢脱硫，石脑油蒸汽裂解，VGO催化裂化，延迟焦化.,研究机构和企业,3. 分子管理技术应用举例,企业应用实例,2010年11月，PBO（油品调和方案优化软件）正式在某炼化投入使用。系统操作简单、适用性强，辛烷值预测精度通常可控制在0.3%。,3. 分子管理技术应用举例,

4、ExxonMobil为FCC石脑油加氢脱硫过程建立了基于分子组成的详细动力学模型，可以准确预测产物组成、性质，脱硫程度，烯烃饱和程度和辛烷值损失。该模型已在其炼厂广泛应用。,企业应用实例,3. 分子管理技术应用举例,Exxon Mobil 有一个专门的专家团队继续开发分子检测和管理技术 下游每年通过该项目盈利超过7.5亿美金 UOP(环球石油） 购入大量分子组成检测设备，辅助进行工艺开发 中国石化 实施基于红外的油品和原油调和（半分子层面） 中国石油 与石油大学合作开发重油分子转化软件 Aspen公司 开发新一代基于分子管理的炼油流程模拟软件 与石油大学合作就组成分布开展合作,3. 分子管理技

5、术应用举例,构建汽油代表性分子库,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,辛烷值调和,ExxonMobil分子层次的辛烷值调和模型：,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,辛烷值调和,预测结果：,75% 1.0 ON,93% 2.0 ON,99% 3.0 ON,辛烷值预测误差,调和汽油RON预测方差 0.9 ON,模型显示了良好的准确性和健壮性，为企业显著提高了效益!,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,3. 分子管理技术应用举例-汽油调和升级,工业级汽油催化重整反应动力学模拟,3. 分子管理技术应

6、用举例-催化重整,3. 分子管理技术应用举例-催化重整,将组成模型与Aspen软件耦合，实现分离过程模拟,3. 分子管理技术应用举例-催化重整,从分子管理谈国VI对策,1国VI汽油标准（拟定）,蒸汽压降低 T50从120到110,2难点（从国V到VI）,蒸汽压降低 馏程前移,从分子管理谈国VI对策,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,安定性 光化学烟雾 排放（HC、NOX、CO）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,安定性,1）储运过程 2）使用过程，燃烧系统形成沉积物 3）重烯烃显著 4）汽油清净剂可以解决,从分子管理谈国VI对策,3必须解决好的几个问题（

7、从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,（1）烯烃如何降低？,光化学污染,1）尾气中烯烃：与PO之和有线性关系 2）蒸发损失：轻烯烃首当其冲,HC+NOX+O2+阳光O3等为主过氧化合物,从分子管理谈国VI对策,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,（1）烯烃如何降低？,排放（HC、NOX、CO）,1）与烯烃关系复杂：取决于使用状况和技术 2）也有文献总体认为：线性关系。 3）油管损失：占5%,轻烯烃危害更大！,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,RON如何保持的问题！,芳构化 轻汽油醚化 加氢饱和

8、,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,全馏分：已经切割 轻馏分 重馏分,RON如何保持的问题！,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,为什么降低烯烃含量？,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,随碳数增加，RON降低 轻馏分高，重馏分低,好似应该降低重馏分烯烃！,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,重馏分烯烃转化后，辛烷值更低 应降低轻馏分烯烃含量,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,实验室研究：,重馏分烯烃转化后

9、，辛烷值更低 应降低轻馏分烯烃含量,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,1）C5烯烃占总烯烃的35% 2）C6烯烃占总烯烃的30% 3）C79及以后烯烃占总烯烃的30% 4）C5/C6烯烃：1.21.5,效果显著,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,轻烯烃危害更大！,安定性 光化学烟雾 排放（HC、NOX、CO）,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,合理途径,轻汽油醚化（C5、C6） 可控加氢饱和（C5）【候选项】 重馏分：太复杂，易裂化，不易动

10、！,“保重化轻”,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,轻汽油醚化,CNPC 7套,降烯烃 提高辛烷值 将廉价易得甲醇变成汽油 技术成熟可靠,合理途径,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,轻汽油醚化,CNPC 7套,降烯烃1015 个百分点 提高辛烷值（RON）12个单位 降低蒸汽压10 kPa左右 CNPC的LNE醚化技术成熟可靠 ？受氧含量制约,合理途径,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,后续辛烷值恢复措施必须跟进！,可控加氢饱和,辛烷值损失

11、大 可控使用（调整烯烃含量达标候选项） 重点：C5=,合理途径,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（1）烯烃如何降低？,从分子管理谈国VI对策,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,沸点或蒸汽压相近 C6的烯烃与烷烃RON差距大,为什么重点是C5=？,从分子管理谈国VI对策,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,轻汽油醚化,（2）辛烷值保持？,CNPC 7套,提高辛烷值（RON）12个单位 降烯烃1015 个百分点 降低蒸汽压10 kPa左右,大力发展C4烷基化！,从分子管理谈国VI对策,C5/C6异构化【烷烃和烯烃】,C5/C6烷烃异构化技术成熟，效果好！, 43.4-74.0, 31.8,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（2）辛烷值保持？,从分子管理谈国VI对策,C5/C6烯烃异构待开发！,效果显著,C5/C6异构化【烷烃和烯烃】,3必须解决好的几个问题（从国V到VI）,（2）辛烷值保持？,从分子管理谈国VI对策,C5/C6烯烃异构化,烯比烷易异构 支化度越高，Kp越小，难异构,双支链异构，