一种分子水平反应动力学模型构建方法及装置、存储介质制造方法及图纸

本公开涉及一种分子水平反应动力学模型构建方法及装置、存储介质及设备，所述方法包括：获取原料分子组成矩阵；基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径及反应网络；将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量和每种产物的收率；计算每种产物的收率与实际反应产物的收率之间的相对差值，并根据所述相对差值对预设的反应速率常数进行调整，将所述相对差值之和满足预设条件时的反应速率常数作为分子水平反应动力学模型的参数，实现对反应进程中分子组成的转化跟踪和产物性质预测。化跟踪和产物性质预测。化跟踪和产物性质预测。

【技术实现步骤摘要】
一种分子水平反应动力学模型构建方法及装置、存储介质


[0001]本公开涉及分子炼油
，尤其涉及一种分子水平反应动力学模型构建方法及装置、存储介质及设备。

技术介绍

[0002]目前，炼油过程装置建模方法主要采用集总模型方法，依据将物料中各组分的宏观物性、结构特征等动力学性质进行相似性归类，再进行各集总组分间反应网络的构建和反应参数的计算。然而，每一个集总组分实际由大量的纯分子组成，实际上在建模过程中将其视为具有均匀物性的、虚拟的单一组分。因此，集总模型在新物料和新催化剂的扩展适应性上存在明显缺陷。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开的实施例提供了一种分子水平反应动力学模型构建方法及装置、存储介质及设备。
[0004]第一方面，本公开的实施例提供了一种分子水平反应动力学模型构建方法，所述方法包括：
[0005]获取原料分子组成矩阵，其中，所述原料分子组成矩阵包括每种原料分子的结构导向集总表示和含量；
[0006]基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络，其中，所述反应规则包括每种原料分子在其对应的反应路径中结构导向集总表示的变化；
[0007]将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量，并根据产物分子的含量计算每种产物的收率；
[0008]计算每种产物的收率与实际反应产物的收率之间的相对差值，并根据所述相对差值对预设的反应速率常数进行调整，将所述相对差值之和满足预设条件时的反应速率常数作为分子水平反应动力学模型的参数，使得分子水平反应动力学模型根据反应原料的分子组成矩阵预测反应产物的分子组成矩阵。
[0009]在一种可能的实施方式中，所述分子水平反应动力学模型为常减压蒸馏模型、渣油加氢模型、催化裂化模型、催化裂解模型、延迟焦化模型、加氢裂化模型、催化重整模型、烷基化模型、汽油加氢模型、柴油加氢模型、蜡油加氢模型、汽柴油加氢模型、气体分馏模型、芳烃抽提模型和制氢模型中的其中一种。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络，包括：
[0011]按照预设的反应规则对每种原料分子的结构导向集总表示进行遍历，得到每种原料分子对应的反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数初值和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量，包括：
[0013]将当前反应的反应时长平均分为多个微元反应段；
[0014]将当前反应的实际生产单元入口的反应温度T、压力p、焓值H和比热容C作为第一个微元反应段入口的初始温度、初始压力、初始焓值和比热容；
[0015]对于每一个微元反应段，利用龙格库塔算法求解每条反应规则对应的反应速率常数下的常微分方程组，得到该微元反应段出口的产物浓度及浓度随时间t的变化；
[0016]根据和微元反应段入口的初始焓值H，计算焓值H随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的焓值；
[0017]根据和比热容C，计算温度T随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的温度；
[0018]根据理想气体常数R和温度T随时间的变化计算压力p随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的压力；
[0019]将该微元反应段出口的温度、压力、焓值、各个产物浓度作为下一个微元反应段的进口参数，计算下一个微元反应段出口的参数，直到最后一个微元反应段，将最后一个微元反应段出口的产物分子的含量作为该生产单元的产物分子的含量。
[0020]在一种可能的实施方式中，所述反应时长为原料分子在生产单元中停留的时长。
[0021]在一种可能的实施方式中，通过以下表达式，计算每种产物的收率与实际反应产物的收率之间的相对差值，并将相对差值进行求和，包括：
[0022][0023]Err为每种产物的计算收率与实际收率之间的相对差值求和，为第i种产物的计算收率，为第i种产物的实际收率，为第i种产物的计算收率与实际收率之间的相对差值，n为产物的种类总数。
[0024]在一种可能的实施方式中，通过以下表达式，计算所述反应速率常数：
[0025][0026]其中，k为反应规则的反应速率常数，k
a
、k
b
、k
c
分别为与催化剂、反应温度、反应压力相关的反应动力学参数，E为反应活化能，T为反应温度，p为反应压力，p
k
为反应压力对反应速率常数影响的常数。
[0027]在一种可能的实施方式中，根据所述相对差值对预设的反应速率常数进行调整，将所述相对差值之和满足预设条件时的反应速率常数作为分子水平反应动力学模型的参数，包括：
[0028]当所述相对差值大于预设阈值，调整动力学参数，得到调整后动力学参数，基于所述调整后动力学参数计算反应速率常数，并根据反应速率常数和每种原料分子的含量重新求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量；
[0029]其中，预设条件指根据实际应用场景所能接受的最大误差。
[0030]在一种可能的实施方式中，所述分子水平反应动力学模型根据反应原料的分子组成矩阵预测反应产物的分子组成矩阵，包括：
[0031]基于龙格库塔算法，根据所述相对差值之和满足预设条件时的反应速率常数和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量。
[0032]在一种可能的实施方式中，所述获取原料分子组成矩阵，包括：
[0033]基于结构导向集总分子表征方法对每种原料分子进行向量表征，得到每种原料分子的结构导向集总表示；
[0034]将每种原料分子的结构导向集总表示与含量作为完整向量；
[0035]将所有原料分子的完整向量组合为原料分子组成矩阵。
[0036]第二方面，本公开的实施例提供了一种分子水平反应动力学模型构建装置，包括：
[0037]获取模块，其用于获取原料分子组成矩阵，其中，所述原料分子组成矩阵包括每种原料分子的结构导向集总表示和含量；
[0038]生成模块，其用于基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络，其中，所述反应规则包括每种原料分子在其对应的反应路径中结构导向集总表示的变化；
[0039]求解模块，其用于将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量；
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子水平反应动力学模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：获取原料分子组成矩阵，其中，所述原料分子组成矩阵包括每种原料分子的结构导向集总表示和含量；基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络，其中，所述反应规则包括每种原料分子在其对应的反应路径中结构导向集总表示的变化；将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量，并根据产物分子的含量计算每种产物的收率；计算每种产物的收率与实际反应产物的收率之间的相对差值，并根据所述相对差值对预设的反应速率常数进行调整，将所述相对差值之和满足预设条件时的反应速率常数作为分子水平反应动力学模型的参数，使得分子水平反应动力学模型根据反应原料的分子组成矩阵预测反应产物的分子组成矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分子水平反应动力学模型为常减压蒸馏模型、渣油加氢模型、催化裂化模型、催化裂解模型、延迟焦化模型、加氢裂化模型、催化重整模型、烷基化模型、汽油加氢模型、柴油加氢模型、蜡油加氢模型、汽柴油加氢模型、气体分馏模型、芳烃抽提模型和制氢模型中的其中一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的反应规则，根据每种原料分子的结构导向集总表示生成多条反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络，包括：按照预设的反应规则对每种原料分子的结构导向集总表示进行遍历，得到每种原料分子对应的反应路径以及由多条反应路径组成的反应网络。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前反应划分为多个微元反应段，并对每一个微元反应段根据反应网络构建常微分方程，根据预设的反应速率常数初值和每种原料分子的含量求解所述常微分方程，得到每种产物分子的含量，包括：将当前反应的反应时长平均分为多个微元反应段；将当前反应的实际生产单元入口的反应温度T、压力p、焓值H和比热容C作为第一个微元反应段入口的初始温度、初始压力、初始焓值和比热容；对于每一个微元反应段，利用龙格库塔算法求解每条反应规则对应的反应速率常数下的常微分方程组，得到该微元反应段出口的产物浓度及浓度随时间t的变化；根据和微元反应段入口的初始焓值H，计算焓值H随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的焓值；根据和比热容C，计算温度T随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的温度；根据理想气体常数R和温度T随时间的变化计算压力p随时间t的变化，以得到该微元反应段出口的压力；将该微元反应段出口的温度、压力、焓值、各个产物浓度作为下一个微元反应段的进口参数，计算下一个微元反应段出口的参数，直到最后一个微元反应段，将最后一个微元反应段出口的产物分子的含量作为该生产单元的产物分子的含量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应时长为原料分子在生产单元中停
留的时长。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下表达式，计算每种产物的收率与实际反应产物的收率之间的相对差值，并将相对差值进行求和，包括：；其中，Err为每种产物的计算收率与实际收率之间的相对差值求和，为第i种产物的计算收率，为第i种产物的实际收率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杭州，李冀，陆军，王正元，陈起，王艳雄，薛新超，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：