预测轻柴油冷滤点和凝点的数学模型

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1、预 测 轻 柴 油 冷 滤 点 和 凝 点 的 数 学 模 型黄 燕 民(石 油 化 工 科 学 研 究 院 , 北 京 100083)摘 要 建 立 了 一 种 以 柴 油 组 分 油 的 恩 氏 蒸 馏 数 据 为 基 础 的 数 学 关 系 式 , 用 于 预 测 柴 油 调 合 油的 冷 滤 点 及 凝 点 。 对 炼 油 厂 的 柴 油 调 合 油 进 行 了 模 拟 计 算 , 计 算 结 果 表 明 预 测 值 与 实 测 值 有 较 好 的一 致 性 。主 题 词 : 数 学 模 型 预 测 冷 滤 点 凝 点 馏 程1 前 言轻 柴 油 通 常 是 由 组 分 油 调 合 而

2、 成 的 。 其 低 温 流动 性 指 标 冷 滤 点 (CFPP)、 凝 点 (SP ) 与 组 分 油 的 调合 比 例 之 间 是 非 线 性 关 系 。 因 此 轻 柴 油 的 调 合 常 常是 凭 经 验 进 行 的 , 其 工 作 量 及 误 差 均 较 大 , 尤 其 是 工业 生 产 过 程 中 , 常 常 需 要 几 次 反 复 调 合 才 能 满 足 轻柴 油 的 指 标 。 当 原 油 来 源 发 生 变 化 或 需 要 调 整 生 产方 案 时 , 往 往 会 遇 到 轻 柴 油 新 配 方 的 冷 滤 点 、 凝 点 的预 测 问 题 。 按 照 标 准 方 法 测

3、定 冷 滤 点 约 需 时 间 11. 5 h, 测 定 凝 点 约 需 2 3 h。 如 果 进 行 新 配 方 筛 选调 整 的 工 作 , 实 验 室 中 的 工 作 量 是 相 当 大 的 。 因 此 ,人 们 希 望 能 用 简 单 的 方 法 来 预 测 轻 柴 油 的 冷 滤 点 、凝 点 , 以 便 指 导 轻 柴 油 的 调 合 、 配 方 筛 选 等 工 作 , 提高 调 合 成 功 率 , 减 少 工 作 量 。轻 柴 油 冷 滤 点 、 凝 点 的 高 低 与 轻 柴 油 中 的 正 构烷 烃 (蜡 )含 量 及 其 分 布 状 况 有 很 大 关 系 。 通 过 对

4、轻柴 油 中 蜡 结 晶 过 程 较 为 深 入 的 研 究 , 人 们 提 出 了 一些 数 学 模 型 来 预 测 轻 柴 油 中 蜡 的 结 晶 行 为 , 进 而 预测 轻 柴 油 的 冷 滤 点 、 凝 点 。1989 年 K rishm a 提 出 一 种 数 学 关 系 式 1 , 利 用轻 柴 油 的 中 沸 点 温 度 、 蜡 含 量 、 正 构 烷 烃 含 量 及 平 均碳 链 长 度 , 来 预 测 柴 油 的 冷 滤 点 、 凝 点 及 浊 点 。 由 于关 系 式 中 涉 及 的 一 些 因 子 , 如 蜡 含 量 、 正 构 烷 烃 等 ,需 使 用 专 用 仪 器

5、 才 能 测 定 , 故 应 用 有 一 定 的 难 度 。预 测 轻 柴 油 凝 点 最 简 单 的 方 法 莫 过 于 采 用 代 数和 的 方 法 。 但 这 类 数 据 仅 有 参 考 价 值 , 误 差 较 大 。 另一 种 方 法 是 根 据 R IPP 炼 油 工 艺 计 算 图 表 集 ( 211217) 2 , 采 用 凝 点 换 算 因 子 与 组 分 油 质 量 之 间 的线 性 关 系 预 测 轻 柴 油 的 凝 点 , 这 种 方 法 有 较 好 的 准确 性 。 在 实 际 应 用 中 , 由 于 原 油 不 同 , 性 质 也 不 同 , 故还 存 在 一 定 的

6、 误 差 。本 文 以 组 分 油 的 恩 氏 蒸 馏 数 据 为 基 础 , 建 立 一种 新 的 数 学 关 系 式 , 来 预 测 轻 柴 油 的 冷 滤 点 及 凝 点 。由 于 恩 氏 蒸 馏 数 据 在 炼 油 厂 中 很 容 易 获 得 , 因 此 本方 法 具 有 一 定 的 实 用 性 。2 数 学 模 型 建 立 的 依 据将 轻 柴 油 按 GB 2255 做 蒸 馏 试 验 时 , 对 蒸 馏 数据 及 相 应 馏 分 的 正 构 烃 组 成 进 行 了 分 析 , 发 现 相 对分 子 质 量 较 小 的 烃 类 先 被 气 化 蒸 出 , 相 对 分 子 质 量较

7、大 的 烃 类 后 被 蒸 出 。 即 随 着 馏 出 物 温 度 的 升 高 , 馏分 中 正 构 烃 的 平 均 相 对 分 子 质 量 相 应 变 大 , 所 含 正构 烃 的 平 均 碳 数 也 随 之 增 大 。 因 此 馏 出 点 温 度 值 与该 馏 分 中 所 含 正 构 烷 烃 的 平 均 相 对 分 子 质 量 (M )、平 均 碳 数 ( C )有 一 定 的 相 关 性 。以 T p (p = 10% , 20% , , m % ) 代 表 各 馏 出 点温 度 , f p 代 表 相 关 的 数 学 函 数 , 则 有 :T p = f p (C ,M ) (p =

8、10% , 20% , ,m % ) (1)设 轻 柴 油 的 调 合 组 分 油 有 n 个 , 则 各 个 组 分 油的 数 学 函 数 为 :T p i = f p i (C ,M )(i = 1, 2, , n; p = 10% , 20% , ,m % ) (2)对 A 炼 油 厂 的 常 二 、 常 三 线 组 分 油 的 CF P P、S P 及 其 正 构 烃 组 成 进 行 分 析 , 发 现 常 三 线 组 分 油收 稿 日 期 : 1998211203; 修 改 稿 收 到 日 期 : 1999204215。作 者 简 介 : 黄 燕 民 , 1989 年 于 石 油 化

9、 工 科 学 研 究 院 获 硕 士 学 位 。现 从 事 燃 料 油 添 加 剂 的 研 究 , 发 表 论 文 3 篇 , 申 请 柴 油 流 动 改 进剂 专 利 2 项 。石 油 炼 制 与 化 工1999 年 11 月 PETROL EUM PROCESS IN G AND PETROCH EM ICAL S 第 30 卷 第 11 期 的 平 均 碳 数 和 平 均 相 对 分 子 质 量 高 于 常 二 线 组 分 油的 平 均 碳 数 和 平 均 相 对 分 子 质 量 , 而 常 三 线 组 分 油的 C F P P、 S P 也 高 于 常 二 线 组 分 油 的 CF P

10、 P、 S P 。设 组 分 油 的 CF P P、 S P 与 其 中 的 平 均 碳 数 和 平 均相 对 分 子 质 量 有 一 定 的 联 系 , 则 :C F P P = f c (C ,M ) (3)S P = f s (C ,M ) (4)由 于 轻 柴 油 的 调 合 是 物 理 过 程 , 其 间 无 化 学 反应 , 因 此 各 组 分 油 的 正 构 烃 具 有 加 和 性 , 设 g i (i= 1,2, 3, , n)是 各 个 组 分 油 的 调 和 比 例 , f ci (i= 1, 2, 3, , n) 是 各 个 组 分 油 的 CF P P 函 数 , f

11、si ( i= 1, 2, 3, , n) 是 各 个 组 分 油 的 S P 函 数 , 故 对 轻 柴 油 而 言 ,有 :CF P P = 2 (f ci (C ,M ) g i)(i = 1, 2, 3, , n) (5)S P = 2 (f si (C ,M ) g i)(i = 1, 2, 3, , n) (6)把 方 程 (2)代 入 式 (5)、 (6) , 得 到 下 面 的 方 程 :C F P P = 2 (f ci (T p i) g i)(i = 1, 2, 3, , n; p = 10% , 20% , ,m % )(7)S P = 2 (f si (T p i)

12、g i)(i = 1, 2, 3, , n; p = 10% , 20% , ,m % )(8)由 于 各 个 组 分 油 的 馏 出 点 的 温 度 与 调 合 油 馏 出点 的 温 度 存 在 线 性 关 系 , 设 A p 为 调 合 油 的 各 馏 出点 的 温 度 , 则A p = f (T p i, g i)(i = 1, 2, 3, , n; p = 10% , 20% , ,m % )(9)由 式 (7) (9)可 得 :CF P P = F c (A p ) (p = 10% , 20% , ,m % )(10)S P = F s (A p ) (p = 10% , 20%

13、, ,m % )(11)式 中 F c、 F s 是 复 合 数 学 函 数 。 根 据 方 程 (10)和 (11) ,通 过 专 门 设 计 的 计 算 程 序 可 解 出 轻 柴 油 CF P P、 S P与 A p 之 间 的 数 学 关 系 式 F c、 F s (见 图 1)。 根 据 所 确定 的 F c、 F s, 就 可 以 对 轻 柴 油 的 CF P P、 S P 进 行 预测 。由 于 F c、 F s 与 轻 柴 油 的 基 本 化 学 组 成 有 关 , 从不 同 原 油 或 不 同 加 工 工 艺 所 生 产 的 轻 柴 油 的 基 本 化学 组 成 是 不 一

14、样 的 , 因 此 对 于 不 同 的 炼 油 厂 来 说 , 轻柴 油 的 预 测 方 程 F c、 F s 是 不 一 样 的 。 当 炼 油 厂 所 加工 的 原 油 发 生 变 化 , 或 当 炼 油 厂 的 加 工 工 艺 进 行 了较 大 的 改 变 时 , 轻 柴 油 的 预 测 方 程 也 会 有 相 应 的 变化 。图 1 预 测 轻 柴 油 CF P P、 S P 的 程 序 框 图3 数 学 模 型 的 建 立由 于 在 恩 氏 蒸 馏 过 程 中 , 初 馏 点 、 干 点 所 对 应 的温 度 不 太 稳 定 , 所 以 计 算 过 程 中 选 取 了 10%、 20

15、%点 的 温 度 值 代 表 组 分 油 中 轻 馏 分 的 分 布 组 成 ; 50%点 的 温 度 值 代 表 组 分 油 中 中 间 馏 分 的 分 布 组 成 ;90% 点 的 温 度 值 代 表 组 分 油 中 的 重 馏 分 的 分 布 组成 。 选 取 四 家 炼 油 厂 的 62 个 轻 柴 油 的 调 合 配 方 , 通过 计 算 机 程 序 对 这 四 家 炼 油 厂 轻 柴 油 的 CF P P、 S P预 测 方 程 进 行 计 算 。 回 归 出 的 预 测 模 型 列 于 表 3。 从表 3 所 列 的 结 果 可 以 看 出 , 不 同 炼 油 厂 的 数 学 模

16、 型是 不 一 样 的 。 这 四 家 炼 油 厂 的 轻 柴 油 调 合 组 成 和 恩氏 蒸 馏 数 据 见 表 1 和 表 2。 图 2、 3 是 根 据 四 家 炼 油厂 的 62 个 柴 油 调 和 方 案 的 CF P P、 S P 的 实 测 值 与计 算 值 绘 制 的 散 布 图 。 从 图 上 可 以 直 观 地 看 出 这 些点 大 部 分 分 布 在 等 值 线 上 面 , 有 个 别 点 距 离 等 值 线较 远 。 总 的 来 看 , 实 测 值 与 计 算 值 能 较 好 地 一 一 对应 。83 石 油 炼 制 与 化 工 1999 年 第 30 卷 图 1 冷 滤 点 散 布 图图 2 凝 点 散 布 图4 数 学 模 型 的 应 用以 D 炼 油 厂 柴 油 为 例 , 共 有 五 个 柴 油 调 合 组 分