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全球范围内的能源短缺、环境污染及我国石油对外依存度接近60%的严峻形势促使费托合成成为学术研究的热点。 费托合成反应是以煤炭、天然气与生物质等为原料获得的合成气在铁基、钴基等催化剂作用条件下获得C1-C120+烃类产物的过程,这些烃类产物中有大量的费托蜡,需要经过后续工艺处理后方可成为工业上常用的高品质油品。由于加氢裂化工艺过程所需的条件较为温和,产物质量和收率均较高,因而在学术研究和工业应用中得到了格外的重视。同时,动力学模型是反应器模拟等的重要基础,对工程放大等具有重要影响,因而成为本论文的研究重点。 费托蜡主要由C7-C120+的烷烃、烯烃、醇类、酸类等物质组成,90%以上组分为直链烷烃。其包含组分也较复杂,加氢裂化产物种类非常庞杂,不同碳数的异构烃类的色谱峰极容易叠加在一起,现有的分析手段很难获取其详细产物组成,这在一定程度上限制了本文基于反应机理动力学模型的研究进展。 因此,本文选用了费托蜡中比较有代表性的正辛烷与正十六烷两种模型化合物来研究其反应行为,并以此为基础建立基于详细机理的动力学模型,同时运用单事件法对动力学模型中涉及的参数进行了优化。本论文的研究工作主要由以下几个部分构成: (1)通过对正辛烷和正十六烷加氢裂化产物的组成采用色质联用进行详细分析,以碳正离子机理和氢解机理阐述了产物中各类型产物生成的基于详细机理的反应路径。具体包括:碳数在3~n-3的产物链式烷烃以及原料异构烷烃的碳正离子机理生成过程,甲烷、乙烷及碳数为n-1与n-2的链式烷烃的氢解机理生成过程,环烷烃的碳正离子机理生成过程,并对各类型的产物生成过程以简化反应网络的形式进行了直观的表述。 (2)通过实验采用正辛烷与正十六烷研究了直链烷烃加氢裂化反应行为,比较了不同工艺条件、碳链长度对直链烷烃加氢裂化的影响。研究发现:长链烷烃更易于发生加氢裂化反应;直链烷烃加氢裂化反应以先异构后裂解为主,在高转化率条件下裂解过程为反应的控速步骤;各工艺参数对直链烷烃加氢裂化反应影响程度的大小分别为:温度>空速>压力>氢油比。该研究结果对费托蜡加氢裂化反应行为分析及其详细机理动力学模型的开发具有指导性作用。 (3)使用单事件法建立了正辛烷加氢裂化详细机理动力学模型,求取了过程中涉及的单事件数、标准状态下的基元步骤的反应焓变,并通过编程回归了模型中涉及的参数。由于这些参数与进料的组成无关,仅与其基元步骤的类型有关,故而可以应用到更长碳链的烷烃及费托蜡加氢裂化动力学模型中。