高效再生催化裂化装置多稳态分析：反应温度开/闭环控制条件对热反馈机制的影响

针对催化裂化反应-再生系统在提升管反应温度开环和闭环控制条件下的输出与输入多稳态问题,分析了烧焦罐式高效再生催化裂化反应-再生系统在两种条件下随着CO助燃剂添加量变化时的多稳态分布。在反应温度开环条件下,因再生温度与反应温度的耦合程度较低,使系统移热曲线呈单调递增,导致了系统出现3个稳态操作点。在反应温度闭环控制条件下,提升管反应器和再生器间热反馈机制发生改变,由于再生剂循环量可以作为额外的自由度对再生温度和反应温度之差进行补偿,再生器和提升管反应器的耦合程度增强,使得系统只会在助燃剂添加量极低时才会出现多个稳态点,而在基准操作条件下只有一个稳态点,规避了系统在提升管反应温度开环时的多个稳态点的问题。     

CO燃烧状况可调的催化裂化装置多稳态分析

考虑到一氧化碳(CO)助燃剂作为调控系统CO燃烧状况的操作手段会影响催化裂化装置的多稳态,在已有的烧焦罐式高效再生催化裂化装置反应-再生系统动态机理模型的基础上,扩展了再生器内CO燃烧的机理模型,并将CO助燃剂的添加量与再生器内CO的燃烧状态进行定量的关联。在对再生器进行热量衡算的基础上,绘制出再生器的放出-移出热量曲线,确定了系统的3个稳态操作点,并根据放热反应器稳态热稳定性斜率条件分析了稳态点的热稳定性。针对炼厂CO助燃剂添加量设计较为保守的问题,分析了减少助燃剂添加量对系统操作的影响,指出CO助燃剂的添加量会影响到系统两个高温稳态点之间的操作空间从而影响到装置控制系统设计的苛刻度。     

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的稳定性和动态行为

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式由于显著提高了循环气移热能力和反应器时空产率,已成为流化床乙烯聚合工艺的主流操作模式。建立了气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的数学模型,包括流化床反应器模型,多级换热器模型和反应温度、压力以及循环气组成的控制模型。基于此,采用流程模拟方法,计算了系统在反应器温度采用闭环控制时的稳态解;根据系统对小扰动的动态响应特点,定性判断了反应器温度采用开环控制和闭环控制时聚合反应系统的稳定性;考察了系统对1-己烯分压和催化剂进料速率的阶跃响应特性。结果表明,反应器温度采用闭环控制时,聚合反应系统在所考察操作条件下均是稳定的,而采用开环控制时,解曲线被分叉点分割为稳定区域和不稳定区域。反应器温度对1-己烯分压阶跃变化的动态响应表明聚合反应系统存在长、短周期两类振荡,表明冷凝态操作模式下乙烯聚合反应过程是一个多控制回路耦合的复杂过程。     

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的稳定性和动态行为

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式由于显著提高了循环气移热能力和反应器时空产率,已成为流化床乙烯聚合工艺的主流操作模式。建立了气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的数学模型,包括流化床反应器模型,多级换热器模型和反应温度、压力以及循环气组成的控制模型。基于此,采用流程模拟方法,计算了系统在反应器温度采用闭环控制时的稳态解;根据系统对小扰动的动态响应特点,定性判断了反应器温度采用开环控制和闭环控制时聚合反应系统的稳定性;考察了系统对1-己烯分压和催化剂进料速率的阶跃响应特性。结果表明,反应器温度采用闭环控制时,聚合反应系统在所考察操作条件下均是稳定的,而采用开环控制时,解曲线被分叉点分割为稳定区域和不稳定区域。反应器温度对1-己烯分压阶跃变化的动态响应表明聚合反应系统存在长、短周期两类振荡,表明冷凝态操作模式下乙烯聚合反应过程是一个多控制回路耦合的复杂过程。     

100万吨/年大型催化裂解装置反再系统工艺设计

工业催化裂化装置从技术发展的角度来说,最基本的是反应—再生形式和催化剂性能两个方面的发展。催化裂化装置一般由三个部分组成,即:反应—再生系统,分馏系统,吸收稳定系统。先后经历了固定床催化裂化、移动床催化裂化和流化床催化裂化。60年代出现了分子筛催化剂,由于它具有活性高、选择性和稳定好,占据主导地位的流化床反应器又发展为提升管反应器。同时还促进了再生技术的发展。陆续出现了两段再生、高效再生和完全再生等新技术。本设计结合当今世界的新工艺,新设备。在反应器、再生器、旋风分离器和提升管等设备方面都有很详细的大量计算。在工艺技术方面到达了装置技术先进,经济合理。     

前置烧焦式催化裂化装置稳态模拟:再生器取热器负荷对过程的影响

应用本文作者课题组开发的前置烧焦式催化裂化装置过程模拟平台,对某工业装置进行现场条件下的稳态模拟,并完成全装置模型的校正及验证。在此基础上,模拟分析了再生器取热器负荷对该装置操作产生的影响。模拟结果显示,改变再生器取热器的负荷,能够有效调节两器热量平衡,在确保工艺范围不超限的前提下提高装置剂油比,原料油转化率提高,装置产品分布得到有效调节,但是使得密相床再生器密相区床层温度降低,从而影响再生器的再生效果,不利于提升管进口再生催化剂初始活性的提高。     

催化裂化装置反再系统动态模拟精细化与控制系统“工艺优先”配对设计

催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺,其反应-再生系统是一个多变量紧密耦合的复杂系统,动态模拟和控制系统设计难度较大。目前,催化裂化装置在进行动态建模时设置了大量假设条件,与实际状况存在诸多不符,另外当前的控制回路配对方法未考虑工艺要求,也不适用于催化裂化这样的开环不稳定系统。基于以上原因,以已建立的反应-再生系统数学模型为基础,建立精细化动态模型,对反应器和再生器模型进行真实逼近,不再忽略气相动态变化,将原模型中气相对时间的导数项恢复,通过离散化的分布参数系统模型,对离散化模型中每段提升管和烧焦罐的时变变量加入时滞。仿真结果表明,精细化动态模型更加接近实际化工生产过程。根据上述模型搭建仿真平台,通过对不稳定的反再系统进行工艺优先的控制系统设计,首先根据化工工艺设计控制回路保证系统的稳定性,然后基于相对增益阵方法设计剩余变量配对,在降低了高维系统设计复杂度的同时保证了生产过程安全。设计结果表明,对于催化裂化装置反再系统,基于工艺特性完成控制回路配对后,剩余变量无须再添加多余的控制回路就能保证控制系统的稳定性和适当的控制性能。     

催化裂化提升管反应器流动反应耦合模型研究进展

催化裂化(FCC)工艺在重质油轻质化过程中发挥着重要作用, 而FCC提升管反应器的模型化是催化裂化新工艺与新装备的开发、催化裂化装置稳定操作与生产调优等常需做的工作。本文首先根据流动模型与反应模型不同的集成方式对提升管反应器流动-反应耦合模型进行了归纳与分类, 并回顾了国内外流动-反应耦合模型的研究历程, 指出了耦合模型的发展趋势;随后对当前研究较多的计算流体力学(CFD)流动-反应耦合模型进行了较为全面的阐述, 包括对耦合模型的应用场合、模型求解解耦方法的研究情况等均作了介绍, 同时还分析了该类耦合模型所存在的不足之处, 并指出工业提升管反应器在线采样技术的开发在耦合模型的验证工作上的必要性;最后, 对FCC提升管反应器流动-反应耦合模型研究进行了总结与展望, 以期能够为FCC提升管反应器模型化新方法的提出以及耦合模型的验证工作等研究给予借鉴和指导。     

流化催化裂化反应器的技术进展

介绍并讨论了近期开发的流化催化裂化反应器,包括两段串联反应器、双提升管反应器、下行式反应器、多段进料反应器以及新型提升管反应器端口结构技术。以新型反应器为核心技术的各种催化裂化新工艺可以有效地提高催化裂化反应的转化率和选择性,减少非理想产品产率,也可以改善产品质量,生产环境友好的清洁燃料油品。此外新型提升管反应器端口结构还可以抑制设备结焦,延长流化催化裂化(FCC)装置的开工周期。     

工业渣油催化裂化过程六集总组合反应器模型

工业渣油催化裂化反应主要发生在提升管段和出口的沉降器段的复杂流体动力学区域。通过对工业现场装置流程和过程数据的分析,将发生裂化反应的整个反应器中提升管部分作为活塞流反应器(PFR)和沉降器部分作为全混流反应器(CSTR)的串联组合反应器,并按照渣油催化裂化反应特点建立了简化的6集总组分的串行和并行动力学反应网络模型。所建立的稳态催化裂化反应产率预测模型在数学上表现为提升管部分的微分方程组和沉降器部分的代数方程组。模型设置7个装置因数来校正模型的计算产率与实测产率之间的偏差,并采用工业现场数据回归装置因数。通过对工业装置数据的计算比较,得到的模型产率预测精度很好地满足在线软测量计算要求。     

无沉降器催化裂化装置的必要性和可行性分析

目前的分子筛催化裂化工业装置基本上是沿用微球合成硅铝催化裂化工艺的装备,保留再生器和反应器,增加提升管.结果油气的反应过程转移至提升管反应器内,原来的反应器蜕变为沉降器.随着催化裂化工艺技术的改进,这些装备的不适应性逐渐凸现,有些甚至形成了工艺运行的瓶颈,如沉降器中大空间的存在造成了油气的二次裂化反应和油气结焦等问题,尤其是对于重油催化裂化工艺.在叙述沉降器的演变,油气的二次裂化反应,停留时间,结焦等问题的基础上,分析了取消沉降器的必要性,同时提出几种无沉降器催化裂化工艺装置方案,讨论了技术上的可行性,以期能从装备上提高催化裂化工艺技术的水平.     

同轴式催化裂化反应系统机理模型建立及分析

催化裂化工艺技术是原油炼制工业中重要的技术之一,其中提升管及再生反应系统是反应装置内的核心部分,在工业模拟过程,需要对装置过程控制建立数学模型,进而实现软件化的过程控制,因此,对催化裂化反应系统的数学建模具有重要的意义。本文分析了催化裂化装置的工艺流程,对同轴式催化裂化反应装置提升管和再生器反应系统进行了数学建模,并进行了相应的模型参数估计。     

催化裂化提升管反应器模型的建立

工业催化裂化提升管反应器内既存在着气固两相的湍流流动,又存在着传热和裂化反应,而且这些过程是相互影响,高度耦合在一起的。本文全面系统地考虑湍流气因两相流动,传质,传热及反应等复杂因素及其相互影响,建立了催化裂化提升管反应器三维气固两相流动反应模型,形成了相应的数值解法,编制了大型的模拟计算程序。由此可对工业催化裂化提升管反应器内湍流气固两相流动进行系统的数值模拟研究。     

重油催化裂化装置产品分布调控与优化模拟分析

重油催化裂化焦炭产率较高,会加重再生器负荷,降低剂油比和轻质油收率。对此,在催化裂化装置基础上添加外取热器。通过采用外取热和外甩油浆相结合的方法,实现重油催化裂化轻质油收率的提高。外取热器的作用是为了快速有效将再生器部分过多的热量取走,达到再生催化剂降温的目的。外甩油浆的作用是为了降低焦炭产率,减少烧焦产生热量。热量的降低可以有效提高剂油比,增加轻质油收率。原料残炭值的大小对产品分布有直接影响。原料残炭值越大,催化裂化装置的反应器部分产生焦炭越多,待生催化剂上含碳量也会升高,到达再生器烧焦以后释放大量的热量,热量增加不仅会影响再生器的寿命,也会使催化裂化装置中的剂油比降低,从而降低轻质油收率。通过控制向量参数化方法对CO助燃剂、主风、外取热和外甩油浆进行了不同层次的调控与优化,结果发现,对于重油催化裂化,CO助燃剂、主风的优化影响效果有限,而外取热和外甩油浆相互促进可以有效提高剂油比和轻质油收率。     

一种催化裂化方法及装置

<正>申请号:CN201811534366.1申请日:20181214申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院本发明涉及一种催化裂化方法及装置。该方法包括:在催化裂化反应条件下,使原料油与催化裂化催化剂在反应器中接触反应;使反应得到的待生剂进入再生器中再生,并使再生得到的再生剂在脱气罐中脱气后返回反应器;使     

基于动态优化的催化裂化装置再生器裕量分析与控制设计（Ⅰ）动态优化的数学描述

从操作和控制的角度,通过动态优化的方法求解催化裂化装置再生器的工艺裕量与控制设计。该动态优化问题的数学描述包括催化裂化装置反应-再生系统和配套控制系统的动态模型、多回路PID控制器结构模型、过程不确定性模型、稳态起始点约束、生产要求和操作约束及目标函数等。该优化问题是一个带有0-1变量约束的多目标混合整数动态优化问题,具有分别描述控制性能指标和工艺指标的两个不相关目标函数。对两个优化目标进行折中处理,可以使设计结果既能满足工艺要求,又能实现良好的自动控制。     

小型提升管反应器流动-反应耦合模拟

在提升管气固两相湍流流动模型和重油反应动力学集总模型的基础上,利用Fluent软件建立了催化裂化提升管反应器气固两相流动与反应耦合模型,对实验室小型提升管反应器进行了数值模拟,考察了气固两相的流动、传热、传质与反应过程。结果表明,提升管反应器内气固两相在轴向和径向的流动、传热与反应的分布不均匀。在入口附近。原料和催化剂温度变化显著,各组分的浓度变化剧烈,在提升管上部,变化平缓。反应器出口各组分质量分数的模拟值和实验值基本吻合。说明该模型对提升管反应器出口参数和反应结果具有较好的预测性。     

Margin analysis and control design of FCCU regenerator based on dynamic optimization（Ⅰ）Mathematical description of dynamic optimization

从操作和控制的角度,通过动态优化的方法求解催化裂化装置再生器的工艺裕量与控制设计。该动态优化问题的数学描述包括催化裂化装置反应-再生系统和配套控制系统的动态模型、多回路PID控制器结构模型、过程不确定性模型、稳态起始点约束、生产要求和操作约束及目标函数等。该优化问题是一个带有0-1变量约束的多目标混合整数动态优化问题,具有分别描述控制性能指标和工艺指标的两个不相关目标函数。对两个优化目标进行折中处理,可以使设计结果既能满足工艺要求,又能实现良好的自动控制。     

浅析重油催化裂化装置结焦原因及防止对策

在综合分析了重油催化裂化装置(RFCCU)容易结焦的部位及结焦原因,介绍了防止结焦的技术措施。认为在装置开工前,增强检修清焦质量、延长原料油塔外循环时间;生产中,保持操作平稳、尽量避免切断原料等事件的发生,加强对再生剂温度、预提升段催化剂密度、各喷嘴进料量和雾化蒸汽量、反应温度、沉降器出口温度、分馏塔底温度和塔底液位、油浆循环量、外甩量及油浆中固含量等参数的控制,采用优良的提升管出口技术,添加搅拌油浆等措施都对减少、防止RFCCU结焦有利。     

提升管-下行床耦合反应器模拟

采用轴径向二维扩散模型对提升管-下行床耦合反应器催化裂化反应进行了数学模拟,并与提升管及下行床进行了对比.结果表明,在下行床之前耦合一段适当长度的提升管不仅可以保证原料具有较高的转化率,而且可以保证目的产品的选择性较高,缩短达到相同产品收率所需的下行床长度.这种耦合反应器充分利用了提升管与下行床各自的优势,并可以根据具体的原料及产品需求调整进料的位置以改变提升段与下行段的长度比例,实现柔性操作.