催化裂化汽油改质降烯烃过程分子尺度动力学模型研究

With the ever-increasing supply of heavier crude oil to refineries and stricter environmental regulation on transportation fuels, the petroleum refining industry is now gradually switching from fraction management to molecular management, i.e., aiming at understanding refining processes at molecular level. Olefin reduction of fluid catalytic cracking (FCC) naphtha is a very important petroleum refining process for clean petrol production in China. Molecular level modelling of FCC naphtha olefin reduction processes is therefore an important basis for designing, operating and optimizing the process. This proposal will conduct the following research activities: reconstructing hydrocarbon molecules via the structural oriented lumping based on the composition analysis of FCC naphtha, building a molecular library of FCC naphtha, determining the reaction rules from the reaction mechanism of FCC naphtha olefin reduction, generating the reaction network of FCC naphtha olefin reduction with the help of computer software on the basis of the reaction rules, obtaining the reaction rate constants by means of transition state theory and linear free energy relationship in combination with the experimental data, and finally establishing a molecular-level kinetic model that can describe FCC naphtha olefin reduction process and estimate the properties of the olefin reduction product at the molecular level.

石油资源供应的日益重质化、劣质化和日趋严格的环保法规正使炼油工业从馏分管理逐渐转向分子管理，这就要求从分子水平认识和模拟石油加工过程。催化裂化(FCC)汽油改质降烯烃是我国车用汽油质量升级的关键技术之一，在分子水平上描述FCC汽油改质降烯烃过程及其产物组成和性质，对我国车用汽油清洁化技术的研究开发和操作优化具有重要的理论和现实意义。本研究拟在详细分析FCC汽油分子组成的基础上，采用结构导向集总方法描述FCC汽油分子，建立FCC汽油分子库；依据反应机理制定反应法则，通过计算机生成反应网络；利用过渡态理论、线性自由能关系、FCC汽油改质降烯烃实验求取和验证反应速率常数，最终建立一个能够从分子水平认识和预测FCC汽油改质降烯烃过程的动力学模型。

随着我国汽车保有量的迅速增长，汽车尾气排放已成为我国大气污染物的重要来源，车用汽油质量升级迫在眉睫。长期以来，催化裂化(FCC)一直是我国最重要的原油二次加工工艺，导致FCC汽油成为我国车用汽油的主要调合组分，其比例高达70%以上。FCC汽油具有烯烃含量高的特点，通常体积分数为40~45 %，有的炼厂甚至高达70%，远高于欧美等发达国家对车用汽油中烯烃含量的限制(欧VI标准要求车用汽油中烯烃体积分数不大于18%)，也远高于我国最新汽油标准对车用汽油中烯烃含量的限制(国VIA标准要求车用汽油中烯烃体积分数不大于18%、国VIB要求体积分数不大于15%)，因此降低FCC汽油中的烯烃含量成为我国车用汽油质量升级的关键技术之一。目前针对我国FCC汽油降烯烃过程的研究，主要是小试实验研究和实际工业应用(如Prime-G+技术、GARDES技术等)。为了对FCC汽油降烯烃过程有更深刻的理解，对现有FCC汽油降烯烃工艺进行优化，以及开发新的降烯烃催化剂和工艺技术，合适的反应动力学模型的研究开发必不可少。.近年来，我国提出“分子炼油”理念，炼油过程分子水平动力学模型得到了快速发展，有些模型已成功应用到工业过程。目前针对我国FCC汽油降烯烃过程的动力学模型，主要是经验模型和集总模型，尚缺乏基于分子水平的动力学模型研究。本项目以实现从分子水平认识和预测FCC汽油改质降烯烃过程为目标，基于分子类型同系物矩阵(Molecular Type Homologous Series，MTHS)构建了FCC汽油改质降烯烃过程分子尺度动力学模型。该模型的建立不仅有助于我们从分子水平认识FCC汽油改质降烯烃过程，还能从分子水平预测产物组成及其性质，对我国车用汽油改质降烯烃技术的研究开发和操作优化具有重大的理论价值和指导意义。