用于预测柴油自热重整反应的模拟系统、预测方法及介质

1.本技术涉及能源技术领域，特别是涉及一种用于预测柴油自热重整反应的模拟系统、预测方法及介质。


背景技术：

2.为应对能源危机和环境压力，化石燃料的清洁高效利用成为能源领域的重要研究课题。柴油-燃料电池发电技术是柴油清洁高效利用的有效途径。柴油通过重整反应生产富氢气体，供给燃料电池发电利用，既提高了柴油能量利用效率，又解决了燃料电池的氢气来源问题。柴油重整方式主要包括蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整三种。蒸汽重整需要大量外部供热，系统结构庞大，易积碳；部分氧化重整产氢率低。自热重整是蒸汽重整和部分氧化重整的结合，通过内部自供热，提高了系统紧凑性，同时减轻积碳趋势，获得了较高的产氢率，是最佳的柴油重整方式之一。重整产生的富氢气体组分差异对燃料电池发电性能有显著影响。获得与燃料电池适配的最佳重整工艺条件十分重要。因此，需要提供一种用于预测柴油自热重整反应的方法，预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，以指导探究与燃料电池适配的最佳重整实验条件。


技术实现要素：

3.本技术提供一种用于预测柴油自热重整反应的模拟系统、预测方法及介质，旨在解决预测柴油自热重整反应产物的组成及含量的问题。
4.第一方面，本技术公开了一种用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，包括：
5.第一模拟模块用于根据待预测反应条件模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的自热重整主反应及完全氧化反应，获取第一预测反应结果，第一模拟模块基于化学计量比进行模拟，预测反应条件包括反应温度、反应原料和反应压力，反应原料中包括待预测柴油。
6.第二模拟模块用于根据待预测反应条件模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第二预测反应结果；第二模拟模块基于吉布斯自由能最小原理进行模拟。
7.第三模拟模块用于接收第一预测反应结果，并在待预测反应条件下模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的伴随反应，获取第三预测反应结果，第三模拟模块基于化学计量比进行模拟。
8.汇总模块用于接收并汇总第二预测反应结果和第三预测反应结果，得到待预测柴油发生自热重整反应中的产物和产物含量。
9.根据一些实施例，第一模拟模块包括：
10.第一模拟器用于根据待预测反应条件模拟自热重整主反应中的蒸汽重整反应，获取第一子预测反应结果。
11.第二模拟器用于根据待预测反应条件模拟自热重整主反应中的部分氧化重整反应，获取第二子预测反应结果。
12.第三模拟器用于根据待预测反应条件模拟完全氧化反应，获取第三子预测反应结果。
13.第一确定器用于接收并汇总第一子预测反应结果、第二预测子反应结果和第三子预测反应结果，得到第一预测反应结果。
14.根据一些实施例，第二模拟模块包括：
15.第四模拟器用于根据待预测反应条件模拟高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应，获取第四子预测反应结果。
16.第五模拟器用于根据待预测反应条件模拟柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第五子预测反应结果。
17.第二确定器用于接收并汇总第四子预测反应结果和第五预测子反应结果，得到第二预测反应结果。
18.根据一些实施例，模拟系统还包括第六模拟器。
19.第六模拟器用于接收第四子预测反应结果，并模拟分离高温裂解生成的积碳，获取第七子预测反应结果。
20.第二确定器用于接收并汇总第七子预测反应结果和第五预测子反应结果，得到第二预测反应结果。
21.第二方面，本技术公开了一种柴油自热重整反应的预测方法，包括以下步骤：
22.根据待预测反应条件，基于化学计量比模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的自热重整主反应及完全氧化反应，获取第一预测反应结果，第一预测反应结果包括产物和产物含量，预测反应条件包括反应温度、反应原料和反应压力，反应原料中包括待预测柴油。
23.根据待预测反应条件，基于吉布斯自由能最小原理模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第二预测反应结果；第二预测反应结果包括产物和产物含量。
24.接收第一预测反应结果，并在待预测反应条件下基于化学计量比模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的伴随反应，获取第三预测反应结果；第三预测反应结果包括产物和产物含量。
25.接收并汇总第二预测反应结果和第三预测反应结果，得到待预测柴油发生自热重整反应中的产物和产物含量。
26.根据一些实施例，待预测柴油为用于模拟待预测柴油的模拟组分；模拟组分的获取方法包括：
27.根据待预测柴油的烃类组分确定各替代物质。
28.根据待预测柴油的烃类组分的含量确定各替代物质的质量占比以及碳数的分布得到模拟组分。
29.根据一些实施例，根据待预测柴油的烃类组分确定各替代物质的步骤包括：
30.将待预测柴油的烃类组分中的链烷烃以及环烷烃用正烷烃代替。
31.保留待预测柴油的烃类组分中的单环芳烃作为替代物质。
32.保留待预测柴油的烃类组分中的双环芳烃作为替代物质。
33.根据一些实施例，根据待预测柴油的烃类组分的含量确定各替代物质的质量占比以及碳数的分布得到模拟组分的步骤包括：
34.根据待预测柴油的烃类组分的含量确定正烷烃、单环芳烃以及双环芳烃的质量占比以及碳数的分布。
35.根据一些实施例，模拟组分中，正烷烃的碳数分布为c9～c20，质量占比为79.9％；单环芳烃的碳数分布为c11～c18，质量占比为7.4％；双环芳烃的碳数分布为c10～c14，质量占比为12.7％。
36.第三方面，本技术公开了一种用于预测柴油自热重整反应的模拟装置，包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器，其中，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如上述的方法的步骤。
37.第四方面，本技术公开了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的预测方法。
38.根据本技术实施例提供的用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，将柴油自热重整反应进行的实际反应进行分类，配置不同的模拟模块进行模拟，并通过汇总模块将相应模拟模块的预测反应结果进行汇总。上述用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，各模拟模块及连接关系与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
附图说明
39.下面将参考附图来描述本技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
40.图1是本技术一实施例公开的一种用于预测柴油自热重整反应的模拟系统的结构示意图；
41.图2是实施例2公开的模拟系统进行自热重整反应的模拟结果与实验测试结果的h2占比的比较示意图；
42.图3是实施例2公开的模拟系统进行自热重整反应的模拟结果与实验测试结果的co/co2占比的比较示意图；
43.图4是实施例2公开的模拟系统进行自热重整反应的模拟结果与实验测试结果的n2占比的比较示意图；
44.图5是对比例1的用于预测柴油自热重整反应的模拟系统的结构示意图；
45.图6是对比例1预测的h2占比与实验测试的h2占比的比较示意图；
46.图7是对比例1预测的n2占比与实验测试的n2占比的比较示意图；
47.图8是对比例1预测的co占比、co2占比与实验测试的co占比、co2占比的比较示意图。
48.在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。
49.100、第一模拟模块；200、第二模拟模块；300、第三模拟模块；400、汇总模块；500、第四模拟模块；
50.110、第一模拟器；120、第二模拟器；130、第三模拟器；140、第一子确定器；210、第四模拟器；220、第五模拟器；230、第六模拟器。
具体实施方式
51.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本技术的原理，但不能用来限制本技术的范围，即本技术不限于所描述的实施例。
52.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
53.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.为了更好地理解本技术，下面结合图1至图6对本技术实施例进行描述。
55.第一方面，参见图1，本技术提供一种用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，包括第一模拟模块100、第二模拟模块200、第三模拟模块300和汇总模块400。
56.第一模拟模块100用于根据待预测反应条件模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的自热重整主反应及完全氧化反应，获取第一预测反应结果，第一模拟模块100基于化学计量比进行模拟，预测反应条件包括反应温度、反应原料和反应压力，反应原料中包括待预测柴油。
57.第二模拟模块200用于根据待预测反应条件模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第二预测反应结果；第二模拟模块200基于吉布斯自由能最小原理进行模拟。
58.第三模拟模块300用于接收第一预测反应结果，并在待预测反应条件下模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的伴随反应，获取第三预测反应结果，第三模拟模块300基于化学计量比进行模拟。
59.汇总模块400用于接收并汇总第二预测反应结果和第三预测反应结果，得到待预测柴油发生自热重整反应中的产物和产物含量。
60.为更好的预测柴油自热重整反应，申请人对柴油自热重整反应进行了研究。柴油组分复杂，自热重整涉及反应复杂，可划分为五大类：
61.(1)自热重整主反应，包括蒸汽重整和部分氧化重整，如：
62.[0063][0064]
(2)富氧区域少量的完全氧化反应，占比低于5％，如：
[0065][0066]
(3)柴油高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃，占比不超过10％，如：
[0067]cnh2n+2
→cmh2m+2
+c
n-mh2(n-m)
[0068]cnh2n+2
→cnh2n
+h2[0069][0070]
(4)柴油未转化或未完全转化，生成大分子烷烃或芳烃的反应，占比低于15％，如：
[0071][0072]
(5)反应器中伴有水汽变换反应、甲烷化反应和甲烷的蒸汽重整反应：
[0073][0074][0075][0076]
ch4+h2o
→
3h2+co
[0077]
预设柴油自热重整反应通常是在化工仿真软件上进行，如aspen化工仿真软件上通常内置了不同类型的反应器，选择合适的反应器构用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，从而预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，以指导对柴油自热重整反应研究。以下以建立在化工仿真软件aspen的用于预测柴油自热重整反应的模拟系统为例进行说明。
[0078]
其中，第一模拟模块100根据待预测反应条件模拟柴油自热重整反应中发生自热重整主反应及完全氧化反应。第一模拟模块100基于化学计量比进行模拟，可以是化学计量比反应器模块。预测反应条件包括反应温度、反应原料和反应压力，待预测反应条件与待预测的柴油的实际反应条件对应，如预测0号柴油在柴油流量0.8ml/min，空气1.2l/min和水3.2l/min在750℃、常压下的发生自热重整反应的产物及含量，则待预测反应条件的反应温度、反应原料和反应压力与上述实际反应条件中相同。当然，在模拟具体反应时，待预测反应条件只需根据该反应实际参与反应原料、反应温度和反应压力即可。如具体在第一模拟模块100模拟完全氧化反应时，只有柴油和空气参与反应，则待预测反应条件的反应原料方面只考虑柴油和空气即可。当然在模拟模块进行模拟时，也是如此。第一预测反应结果可包括相应的产物和产物含量。
[0079]
第二模拟模块200根据待预测反应条件模拟柴油自热重整反应中发生的高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，第二模拟模块200基于吉布斯自由能最小原理进行模拟，可以是以吉布斯自由能最小原理为准则进行模拟的模块。同理，第二预测反应结果可包括相应的产物和产物含量。
[0080]
第三模拟模块300接收第一预测反应结果，以第一预测反应的产物和产物含量为反应原料，在待预测反应条件的反应温度和反应压力下模拟柴油自热重整反应中发生的伴随反应，第三模拟模块300基于化学计量比进行模拟，同样可以是化学计量比反应器模块。同理，第三预测反应结果可包括相应的产物和产物含量。
[0081]
汇总模块400接收第二预测反应结果和第三预测反应结果，并将其汇总，如统计并计算第二预测反应结果和第三预测反应结果中的所有产物以及各产物的含量等，从而得到待预测柴油发生自热重整反应中的产物和产物含量。
[0082]
在用于预测柴油自热重整反应的模拟系统中，各模拟模块呈现为：第一模拟模块100和第二模拟模块200并联，第一模拟模块100和第三模拟模块300串联。
[0083]
该模拟系统包括第一模拟模块100、第二模拟模块200和第三模拟模块300。第一模拟模块100为化学计量比反应器模块，第二模拟模块200为以吉布斯自由能最小原理为准则进行模拟的模块，第三模拟模块300为化学计量比反应器模块。
[0084]
由于第(1)、(2)类反应过程简单，机理清晰，可采用第一模拟模块100，如aspen中化学计量比反应器“rstoic”模块，进行模拟。第(3)、(4)类反应十分复杂，机理不明确，可采用第二模拟模块200，如aspen中吉布斯反应器“rgibbs”模块，进行模拟。
[0085]
第(5)类反应为伴随反应，其主要伴随在第(1)、(2)类反应时发生。同样可用即第三模拟模块300，如aspen中化学计量比反应器“rstoic”模块，进行模拟。第三模拟模块300与第一模拟模块100串联。并且可设定反应转化率以模拟更为真实的反应情况，如设置反应转化率为50～70％，更为具体的可设置为60％。
[0086]
由于以上第(1)、(2)类反应、第(3)、(4)类反应为同时进行的，因此，第一模拟模块100和第二模拟模块200并联。第(5)类反应为伴随反应，其主要伴随在第(1)、(2)类反应时发生。因此第三模拟模块300与第一模拟模块100串联。
[0087]
对于复杂反应，通常采用gibbs自由能最小的方法建模。gibbs反应器是以gibbs自由能最小为到达反应平衡的标准，同时满足质量平衡和能量平衡，而不考虑具体的反应过程和机理，是一种简单快捷的建模方法。但是gibbs方法是将所有的可能反应考虑了，有些
反应根本不会发生，因此与实际情况有较大误差。
[0088]
根据本技术实施例提供的用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，将柴油自热重整反应进行的实际反应进行分类，配置不同的模拟模块进行模拟，并通过汇总模块400将相应模拟模块的预测反应结果进行汇总。自热重整主反应及完全氧化反应的反应机理较为清晰，采用化学计量比反应器模块的第一模拟模块100进行模拟。高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应的反应机理不清晰，采用以吉布斯自由能最小原理为准则进行模拟的第二模拟模块200进行模拟。伴随反应采用化学计量比反应器模块的第三模拟模块300进行模拟。并且伴随反应主要是在伴随自热重整主反应及完全氧化反应进行，因而是接收第一预测反应结果进行预测。上述用于预测柴油自热重整反应的模拟系统，各模拟模块及连接关系与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0089]
在其中一些实施例中，参见图1，第一模拟模块100包括第一模拟器110、第二模拟器120、第三模拟器130及第一确定器140。第一模拟器110用于根据待预测反应条件模拟自热重整主反应中的蒸汽重整反应，获取第一子预测反应结果。第二模拟器120用于根据待预测反应条件模拟自热重整主反应中的部分氧化重整反应，获取第二子预测反应结果。第三模拟器130用于根据待预测反应条件模拟完全氧化反应，获取第三子预测反应结果。第一确定器140用于接收并汇总第一子预测反应结果、第二预测子反应结果和第三子预测反应结果，得到第一预测反应结果。
[0090]
也就是说，第一模拟模块100包括并联的第一模拟器110、第二模拟器120和第三模拟器130。第一模拟器110用于模拟自热重整主反应中的蒸汽重整反应，并得到相应的预测反应结果。第二模拟器120用于模拟自热重整主反应中的部分氧化重整反应，并得到相应的预测反应结果。第三模拟器130用于模拟完全氧化反应，并得到相应的预测反应结果。
[0091]
由于自热重整主反应包括蒸汽重整反应和部分氧化重整反应，并且两种反应是独立反应的。因此，可分别采用相应的模拟器进行模拟。根据自热重整主反应中的蒸汽重整反应配置第一模拟器110。根据自热重整主反应中的部分氧化重整反应配置第二模拟器120。而且完全氧化反应同样可采用单独的第三模拟器130来进行模拟。这样，模拟系统与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度更高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。第一模拟器110、第二模拟器120和第三模拟器130分别为aspen中化学计量比反应器“rstoic”模块。
[0092]
在其中一些实施例中，参见图1，第二模拟模块200包括第四模拟器210、第五模拟器220和第二确定器。第四模拟器210用于根据待预测反应条件模拟高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应，获取第四子预测反应结果。第五模拟器220用于根据待预测反应条件模拟柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第五子预测反应结果。第二确定器用于接收并汇总第四子预测反应结果和第五预测子反应结果，得到第二预测反应结果。
[0093]
也就是说，第二模拟模块200包括并联的第四模拟器210和第五模拟器220。第四模拟器210用于模拟高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应。第五模拟器220用于模拟柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应。各子预测反应结果可包括相应的
产物和产物含量。
[0094]
高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的第(3)类反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的第(4)类反应也是独立反应的，因此分别采用第四模拟器210、第五模拟器220进行模拟。第四模拟器210用于模拟高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应。第五模拟器220用于模拟柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应。第四模拟器210和第五模拟器220并联。这样，模拟系统与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度更高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。第四模拟器210和第五模拟器220分别为基于以gibbs(吉布斯)自由能最小原理为准则的“rgibbs”模块。
[0095]
在其中一些实施例中，参见图1，模拟系统还包括第六模拟器230。第六模拟器230用于接收第四子预测反应结果，并模拟分离高温裂解生成的积碳，获取第七子预测反应结果。第二确定器用于接收并汇总第七子预测反应结果和第五预测子反应结果，得到第二预测反应结果。
[0096]
模拟系统还包括第六模拟器230，第六模拟器230与第四模拟器210串联，且在模拟系统的物料流向上，第六模拟器230位于第四模拟器210的后方。各子预测反应结果可包括相应的产物和产物含量。
[0097]
柴油自热重整反应的目标产物是富氢气体，即主要关注重整气组分及摩尔占比，积碳并非目标产物。高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的第(3)类反应会在催化剂床层生成积碳，因此采用分离模块如“sep”将积碳分离。分离模块作为第六模拟器230。模拟系统的物料流向即模拟系统中的模拟各反应中的物料流动方向。这样，模拟系统与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度更高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0098]
本技术公开了一种柴油自热重整反应的预测方法，包括以下步骤：
[0099]
根据待预测反应条件，基于化学计量比模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的自热重整主反应及完全氧化反应，获取第一预测反应结果，第一预测反应结果包括产物和产物含量，预测反应条件包括反应温度、反应原料和反应压力，反应原料中包括待预测柴油。
[0100]
根据待预测反应条件，基于吉布斯自由能最小原理模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应，获取第二预测反应结果；第二预测反应结果包括产物和产物含量。
[0101]
接收第一预测反应结果，并在待预测反应条件下基于化学计量比模拟待预测柴油在自热重整反应中发生的伴随反应，获取第三预测反应结果；第三预测反应结果包括产物和产物含量。
[0102]
接收并汇总第二预测反应结果和第三预测反应结果，得到待预测柴油发生自热重整反应中的产物和产物含量。
[0103]
根据本技术实施例提供的柴油自热重整反应的预测方法，将柴油自热重整反应进行的实际反应进行分类，配置不同的模拟模块进行模拟。自热重整主反应及完全氧化反应的反应机理较为清晰，采用化学计量比反应器模块的第一模拟模块100进行模拟。高温裂解
生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应以及柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应的反应机理不清晰，采用以吉布斯自由能最小原理为准则进行模拟的第二模拟模块200进行模拟。伴随反应采用化学计量比反应器模块的第三模拟模块300进行模拟。并且伴随反应主要是在伴随自热重整主反应及完全氧化反应进行，因而将第一模拟模块100和第三模拟模块300串联。上述预测柴油自热重整反应的方法中，模拟系统的各模拟模块及连接关系与柴油自热重整反应进行的实际反应类型和反应关系匹配程度高，因而可以较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0104]
根据一些实施例，待预测柴油为用于模拟待预测柴油的模拟组分；模拟组分的获取方法包括：
[0105]
根据待预测柴油的烃类组分确定各替代物质。
[0106]
根据待预测柴油的烃类组分的含量确定各替代物质的质量占比以及碳数的分布得到模拟组分。
[0107]
柴油的种类较多，化工仿真软件可能没有相应种类的柴油模型来模拟柴油或者可能没有柴油模型。因此，可采用模拟组分来代替柴油进行模拟实验。
[0108]
首先，可对待预测柴油即实际的柴油，进行组分分析，获取柴油分子式、碳元素质量占比、氢元素质量占比、硫元素含量，以及烃类组分的质量占比等。
[0109]
然后，根据烃类组分确定各替代物质，根据待预测柴油的烃类组分的占比确定各替代物质的质量占比以及碳数的分布得到模拟组分。通过多次拟合调整，使模拟组分中的分子式、碳元素质量占比、氢元素质量占比、硫元素含量以及烃类组分的质量占比与实际的柴油相近，可较准确仿真柴油，从而使得模拟系统较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0110]
在其中一些实施例中，根据待预测柴油的烃类组分确定各替代物质的步骤包括：
[0111]
将待预测柴油的烃类组分中的链烷烃以及环烷烃用正烷烃代替。
[0112]
保留待预测柴油的烃类组分中的单环芳烃作为替代物质。
[0113]
保留待预测柴油的烃类组分中的双环芳烃作为替代物质。
[0114]
根据柴油的组分分析，柴油组分中主要包含几类：链烷烃、环烷烃、单环芳烃和双环芳烃，链烷烃中包括正烷烃、异构烷烃、烯烃和炔烃。在柴油发生重整反应的过程中，这几类链烷烃的c-c键键能较为接近，发生的反应类似，都是高温裂解反应，因此它们自热重整的产氢率和重整效率十分接近，所以对链烷烃的模拟可以用正烷烃代替。而环烷烃的c-c与链烷烃的c-c键键能接近，因此可以用正烷烃代替环烷烃。但是苯环的c-c键键能比链烷烃和环烷烃的c-c键键能大很多，更不易被氧化或裂解发生重整反应，所以芳香类组分总体表现更稳定，重整性能更差，并且苯环越多越明显。故而单环芳烃和双环芳烃都要单独作为代替物质。此外，柴油组分中还包含少量的多环芳烃，同样可用双环芳烃作为代替物质。这样，采用上述替代物质可较准确仿真柴油，从而使得模拟系统较好的预测柴油自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0115]
在其中一些实施例中，根据待预测柴油的烃类组分的含量确定各替代物质的质量占比以及碳数的分布得到模拟组分的步骤包括：
[0116]
根据待预测柴油的烃类组分的含量确定正烷烃、单环芳烃以及双环芳烃的质量占比以及碳数的分布。
[0117]
以正烷烃、单环芳烃和双环芳烃作为柴油模拟的替代组分，三者的质量占比要遵循柴油实际的质量占比。同时碳数的分布也会影响模拟结果，因此需要进行合理的碳数分布。碳数分布的设置需要根据柴油的组分分析结果进行拟合调整。通过这三类烃中进行合理的碳数分布设置，使得结果与实验得到的c/h接近。
[0118]
在其中一些实施例中，模拟组分中，正烷烃的碳数分布为c9～c20，质量占比为79.9％；单环芳烃的碳数分布为c11～c18，质量占比为7.4％；双环芳烃的碳数分布为c10～c14，质量占比为12.7％。
[0119]
上述的模拟组分该模拟组分的汽化温度是347.2℃，模拟组分的分子式为c
14.32h27.65
，碳元素的质量分数为86.14％，氢元素的质量分数为13.86％。模拟组分与“国六”标准的0号柴油真实组分的碳元素质量占比相对误差为0.2％，较为准确地对柴油组分进行了仿真。因而，可通过模拟系统较好的预测0号柴油发生自热重整反应产物的组成及含量，与实际反应产物的组成及含量较为接近。
[0120]
第三方面，本技术公开了一种用于预测柴油自热重整反应的模拟装置，包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器，其中，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如上述的方法的步骤。
[0121]
第四方面，本技术公开了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的预测方法。
[0122]
实施例1
[0123]
柴油组成分析及模拟以及确定待预测柴油的模拟组分
[0124]
(1)基于“国六”标准的0号柴油进行实验和建模，对其组分进行实验分析。分析结果表明，实验所使用的0号柴油分子式为c
14.3h27.4
，碳元素质量含量为86.32％，氢元素质量占比为13.68％，其中含有硫元素为5mg/l，实验柴油烃类组分的质量占比如表1所示。
[0125]
表1实验柴油的烃类组分
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(2)采用正烷烃、单环芳烃和双环芳烃模拟柴油，其中正烷烃的碳数分布为c9～c20，质量占比79.9％；单环芳烃的碳数分布为c11～c18，质量占比7.4％；双环芳烃的碳数分布为c10～c14，质量占比12.7％。该模拟组分的汽化温度是347.2℃(一般0号柴油在180～370℃之间)。模拟组分的分子式为c
14.32h27.65
，碳元素的质量分数为86.14％，氢元素的质量分数为13.86％。模拟组分与真实组分的碳元素质量占比相对误差为0.2％，较为准确地对柴油组分进行了仿真。模拟组分的aspen的模拟烃类组分成分占比如表2所示。
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表2模拟组分的模拟烃类组分
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实施例2
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一种用于预测柴油自热重整反应的方法包括以下步骤：
[0134]
根据自热重整主反应中的蒸汽重整反应配置第一模拟器110。根据自热重整主反
应中的部分氧化重整反应配置第二模拟器120。根据完全氧化反应配置第三模拟器130。第一模拟器110、第二模拟器120和第三模拟器130分别为aspen中化学计量比反应器“rstoic”模块。同时将各模拟器的反应温度和反应压力设置为750℃和1bar。
[0135]
根据高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应配置第四模拟器210。根据柴油未转化或未完全转化生成大分子烷烃或芳烃的反应配置第五模拟器220。第四模拟器210和第五模拟器220分别为基于以gibbs(吉布斯)自由能最小原理为准则的“rgibbs”模块。同时将各模拟器的反应温度和反应压力设置为750℃和1bar。
[0136]
根据高温裂解生成积碳、小分子烯烃和烷烃的反应配置第六模拟器230。第六模拟器230为“sep”模块。设置积碳流股的物质“c”占比为100％，其它物质占比均为0。
[0137]
根据柴油自热重整反应中发生的伴随反应配置第三模拟模块300，第三模拟模块300为aspen中化学计量比反应器“rstoic”模块。设定反应转化率为60％，设置其反应温度和反应压力为750℃和1bar。
[0138]
其中，第一模拟器110、第二模拟器120、第三模拟器130、第四模拟器210和第五模拟器220并联，第三模拟模块300与第一模拟器110、第二模拟器120、第三模拟器130组成的第一模拟模块100串联。第六模拟器230与第四模拟器210串联，且位于第四模拟器210的后方。由此，构建模拟系统。
[0139]
根据表3的待预测的反应条件下，利用上述模拟系统对实施例2中的待预测柴油的模拟组分进行模拟。同时将第一模拟器110、第二模拟器120和第三模拟器130中的各模拟器的转化率设定为100％，设置其反应温度和反应压力为750℃和1bar。将第四模拟器210和第五模拟器220中的各模拟器的反应温度和反应压力为750℃和1bar。设置第六模拟器230为“sep”模块中的积碳流股的物质“c”占比为100％，其它物质的占比设置为0。设定第三模拟模块300的反应转化率为60％，设置其反应温度和反应压力为750℃和1bar。
[0140]
表3待预测的反应条件
[0141][0142]
利用上述模拟系统进行自热重整反应模拟，得到重整气组分及摩尔占比为：n
2 21.3％，h
2 53.5％，co 9.6％，ch
4 0％，co
2 15.5％。
[0143]
为验证模型有效性，对0号柴油进行自热重整实验，采集10次重整组分数据，实验重整气组分及摩尔占比的平均值为：n
2 26.04％，h
2 47.12％，co 4.66％，ch
4 0.67％，co
2 13.81％。
[0144]
图2至图4为自热重整反应的模拟系统拟合与实验测试结果的比较。由图2至图4可知，模拟系统的预测值与实验值可以较好的吻合，表明模型的能够良好的预测柴油自热重整反应产物的组成及比例。
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对比例1
[0146]
如图5所示，该用于预测柴油自热重整反应的模拟系统的第四模拟模块400为以吉布斯自由能最小原理为准则进行模拟的模块即gibbs反应器。gibbs反应器是以gibbs自由
能最小为到达反应平衡的标准，同时满足质量平衡和能量平衡，而不考虑具体的反应过程和机理，是一种简单快捷的建模方法。以下将该模拟系统简称为gibbs模型。
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在表3的待预测的反应条件下，采用gibbs模型模拟自热重整器，并设置其反应温度为750℃，反应压力为1bar，获取相应的预测反应结果。
[0148]
图6至图8是gibbs模型与实验结果的对比。可以看到gibbs模型的结果与实验相差很大，h2和co的占比明显比实验偏高，而作为基准的n2的占比明显偏低，co2的占比比较接近。h2和co作为sofc电堆的燃料，它们的占比也就是分压，对于是否能准确计算电堆的输出功率至关重要。gibbs反应器过于理想。
[0149]
虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。