化學(xué)工程在石化工業(yè)中的應(yīng)用

1、化學(xué)工程在石化工業(yè)中的應(yīng)用化學(xué)工程在石化工業(yè)中的應(yīng)用前言傳統(tǒng)化學(xué)工程的分支學(xué)科，如別離工程、反響工程、傳遞過程、系統(tǒng)工程等，近年都有很大開展。它們與石化工業(yè)某些過程相結(jié)合，產(chǎn)生了一些新的過程和技術(shù)，提出了一些有希望的開展方向。另外，近年來在某些分支學(xué)科的結(jié)合點(diǎn)上，產(chǎn)生了一些化學(xué)工程新的生長點(diǎn)。它們對今后的煉油或石化工業(yè)可能有更大的影響。本文對以上的一些開展動態(tài)作了簡要的介紹。一、化學(xué)工程近期幾個重要開展方向1.反響過程與別離過程結(jié)合在一個設(shè)備中同時完成反響和別離兩個過程。目前最成功的是由甲醇與異丁烯混合物合成甲基叔丁基醚，反響產(chǎn)物生成兩個共沸物，別離比較困難。當(dāng)采用了一個置有催化劑的反響蒸餾塔

2、，便可取代原有的兩個多管式固定床反響器、兩個蒸餾塔和一個甲醇水洗塔等5個設(shè)備。使甲醇的轉(zhuǎn)化率不受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，在蒸餾過程中也防止出現(xiàn)共沸物，反響熱可供蒸餾使用，大大節(jié)省了投資和能耗。對酷化、醚化、烴化、水合等過程，只要反響條件和別離條件比較接近，都有可能采用反響蒸餾。近期有希望工本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理業(yè)化的反響與別離結(jié)合的過程還有反響萃娶反響吸附、反響結(jié)晶等。尤以膜反響器最受關(guān)注。它是反響與膜別離結(jié)合的設(shè)備，最適用于各類可逆反響和反響產(chǎn)物對反響有抑制作用的過程。2.多個反響過程的結(jié)合把從原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品所需進(jìn)展的多個反響在一個反響器中完成。為此需采用多種催化劑或多作用催化劑。3.放熱

3、反響和吸熱反響相結(jié)合例如丁烷脫氫制丁烯為一強(qiáng)加熱反響，要求反響溫度較高假設(shè)參加空氣進(jìn)展部分氧化脫氫，氧和氫結(jié)合是強(qiáng)放熱反響，使總的放熱反響可在較低溫度下進(jìn)展。4.多個別離過程的結(jié)合開發(fā)此過程的目的是強(qiáng)化別離效果，增加回收率、節(jié)約能耗。近年來研究較多且實(shí)用前景較好的過程有：浸透蒸發(fā)，即膜別離與蒸發(fā)過程相結(jié)合;膜萃取，即膜別離與萃取過程相結(jié)合;支撐液膜萃取即萃取與反萃取結(jié)合等一些新的別離技術(shù)都開始從研究走向?qū)嵱秒A段。二、強(qiáng)化化學(xué)作用對別離體系中體相的影響1.挑選別離劑對某被別離組分有特殊的化學(xué)結(jié)合才能，增大別離因子;另一是對原別離體系參加附加組分，改變原體系的化學(xué)位，從而增大別離因子。另一類適用于

4、萃娶吸收等使用別離劑的過程。2.強(qiáng)化化學(xué)作用相界面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響。采用相轉(zhuǎn)移催化劑PT促進(jìn)水相和有機(jī)相間的反響已為人所熟知。其本質(zhì)是PT可以促進(jìn)反響組分通過相界面的傳質(zhì)速率。假設(shè)兩相間不發(fā)生反響，我們把這類促進(jìn)通過兩相界面的傳質(zhì)速率和選擇性的物質(zhì)稱為相轉(zhuǎn)移促進(jìn)劑PTA。可以認(rèn)為PT也屬于PTA中的一類。如用有機(jī)相萃取水相中的有機(jī)酸和酚，采用長碳鏈的胺為PTA，可以加快萃入有機(jī)相的速率。又如對氣體別離膜，假設(shè)在表層涂上一層固定液作為PTA，可以增大某組分通過的選擇性和通量。又如把對被別離組分有特殊親和力的PTA結(jié)合在相界面上，便形成各類的親和Affinity別離過程。如親和色譜、親和吸附、親和過

5、濾、親和膜別離等。已經(jīng)形成強(qiáng)化別離過程的一個前沿研究方向。3.優(yōu)化化工動態(tài)過程這是在計算機(jī)技術(shù)高度開展以及快速、高精度分析和監(jiān)測儀器和方法產(chǎn)生的根底上才可能開展起來的技術(shù)。主要內(nèi)容包括有以下5方面。3.1分批操作的動態(tài)模擬和過程的優(yōu)化。3.2對開工、停工和變換操作條件時實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。3.3利用動態(tài)響應(yīng)過程以快速研究傳質(zhì)過程和測定相應(yīng)的傳遞參數(shù)。也可以研究反響機(jī)理和測定吸附和反響動力學(xué)方程與相關(guān)的參數(shù)。各種過渡應(yīng)答技術(shù)、催化反響色譜等技術(shù)都已獲得廣泛的應(yīng)用，并獲得了許多用傳統(tǒng)定態(tài)方法不易得到的研究結(jié)果。3.4把脈沖進(jìn)料的高效分析技術(shù)如色譜、電泳進(jìn)展放大，開展成為高精度的制備技術(shù)。3.5利用強(qiáng)迫

6、周期改變操作參數(shù)的方法強(qiáng)化反響和別離過程等。三、計算機(jī)技術(shù)與石油化工相結(jié)合計算機(jī)技術(shù)在化學(xué)工程開展中占重要地位。因此，計算機(jī)技術(shù)與石油化工結(jié)合將有助于準(zhǔn)確連續(xù)化穩(wěn)定開展。1.運(yùn)行優(yōu)化與產(chǎn)品設(shè)計在歷史數(shù)據(jù)和多元統(tǒng)計方法的操作條件優(yōu)化根底上，進(jìn)一步用于產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計。還可以在煉化行業(yè)中進(jìn)展一些相關(guān)的搜集整理應(yīng)用，例如Sebzalli利用PA對煉油產(chǎn)催化裂化過程操作空間進(jìn)展識別，而hen利用模糊-均值聚類方法，提出用于開發(fā)期望的產(chǎn)品操作策略。2.過程監(jiān)測與故障診斷過程監(jiān)測與故障診斷主要任務(wù)是對過程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)展實(shí)時監(jiān)控，并對系統(tǒng)進(jìn)展分析異常，保證能及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程故障，并在事故發(fā)生前采取有效的控制措施

7、防止事故，以保證運(yùn)行過程的平安與平穩(wěn)。目前，基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計過程中控制在石化行業(yè)已得到普遍的關(guān)注，其方法也從以單一的變量統(tǒng)計過程控制向以主元分析為主的多變量統(tǒng)計技術(shù)轉(zhuǎn)變?；诙嘧兞拷y(tǒng)計技術(shù)應(yīng)用于石化工業(yè)過程的監(jiān)控始于20世紀(jì)80年代，其相關(guān)的多變量統(tǒng)計在石油化工方面的報道文獻(xiàn)也較多?；诙嘧兞康臄?shù)據(jù)驅(qū)動的過程監(jiān)測與控制也常被稱為多變量過程控制P或多變量統(tǒng)計過程控制SP。其采用的方法也主要是PA，PLS，基于支持向量機(jī)以及它們與其他方法的混合算法。3.產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測與控制利用數(shù)據(jù)驅(qū)動方法進(jìn)展預(yù)測離線或在線的產(chǎn)品質(zhì)量，以抑制沒有在線儀表的困難，也不會受在線儀表價格昂貴的限制、防止了維護(hù)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。也

8、可以進(jìn)一步應(yīng)用于控制回路用來完成產(chǎn)品質(zhì)量的調(diào)控。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動方法主要是通過對目的控制變量建立軟測量模型來實(shí)現(xiàn)的。PA、PLS、SV是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的軟測量模型的主要方法，人工智能算法模糊神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等及其混合算法。在許多資料中都有對軟測量模型方法及應(yīng)用的綜合報道。在石化行業(yè)中，一些典型的應(yīng)用如：用來消費(fèi)乙烯的在線質(zhì)量監(jiān)測，基于PLS的軟測量模型，檢驗(yàn)在線氣相色譜儀的性能。Frtuna等人開發(fā)了一個基于多層感知器的復(fù)雜軟測量模型，模型采用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得了較好的在線預(yù)測功能，用于預(yù)測精餾塔汽油濃度。Bakhtadze等建立了原油精煉過程的產(chǎn)品軟測量模型，該模型應(yīng)用于缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下的軟測量建模，這種模型是將Takagi-Sugen模糊模型和基于過程知識的相聯(lián)搜索算法相結(jié)合。四、完畢語在21世紀(jì)，化學(xué)工程將發(fā)揮非常大的作用，假設(shè)我們可以及時抓住機(jī)遇，那么我們就有可能在開拓化學(xué)工程開展的新的階段中，形成