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。     

基于广义状态观测器的催化裂化装置软仪表

与常规的输出校正软仪表不同,催化裂化装置软仪表的主导变量完全不可测,只能通过辅助变量进行在线校正,因此利用状态观测器构造催化裂化装置软仪表。催化裂化装置为指数1型广义非线性系统,理论分析证明,如果指数1型广义非线性系统在工作点线性化得到的广义线性变参数系统能检测,则可以通过线性化系统的在线极点配置来选取合适的状态观测器反馈增益阵,以确保广义状态观测器存在并在较大范围内是稳定的,从而保证软仪表对主导变量的在线估计值可以收敛于理论值。仿真结果表明,即使催化剂循环量为不可测输入变量,将其扩展为状态变量后,利用提升管反应器出口温度作为辅助变量进行在线校正,即可构成催化裂化装置软仪表完成对油品产率、催化剂循环量等不可测变量的在线估计,估计值能够稳定收敛到理论值并具有较好的动态性能。     

基于Unisim的催化裂化分馏塔的模拟与优化

本文使用霍尼韦尔的流程模拟软件Unisim,对某石化厂160万吨/年催化裂化装置的主分馏塔系统进行了模拟与优化。介绍了流程模拟的详细步骤:虚拟分馏塔进料,建立塔模型,输入过程参数调试收敛;并在模拟收敛的基础上,选择合适的优化目标及操作变量,可以优化分馏塔的操作提高企业效益。     

催化裂化装置低温热回收利用的优化方案

分析了某50万t/a催化裂化装置的现状和存在的问题,该装置配套的气体分馏装置设计规模为45万t/a,按常规催化裂化装置进行设计,存在反应-再生系统热量不平衡、需要外补燃料油、气体分馏装置低温热源缺口较大等问题。针对存在的问题,对低温热回收系统进行了优化设计,包括分馏塔顶循环油换热流程、稳定汽油换热流程、分馏塔顶油气换热流程、轻柴油换热流程、回炼C4换热流程以及热水换热流程。优化后,实现了反应-再生系统的热量平衡,提高了装置的操作灵活性;同时取消了部分低温位物流间的换热,将更多的热量直接传递给热媒水,达到了简化装置操作流程、降低设备投资、提高装置可靠性的目的。通过优化,装置内多回收低温位热量4.14 MW,装置加工1 t原料能耗降低约2.3 kg标油。     

工艺流程模拟计算中循环物流的处理方法

为改善含循环物流的化工流程模拟计算的收敛性,提高其从不含循环物流工艺过程过渡到添加有循环物流工艺过程时过渡过程的平稳性,提出一种处理含循环物流的模拟流程计算方法。该法引入虚拟循环回路,过渡过程平稳,不会对下次迭代计算过程造成较大冲击而导致迭代计算失败。尤其对于对循环计算初值比较敏感、嵌套多个循环的工艺计算过程,该方法步步铺垫,易于最终达到计算收敛。该法对优化的含多个循环物流的工艺流程的计算,能逐步平稳收敛。     

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。     

催化裂化装置补充吸收剂流量操作优化及其控制实现

利用流程模拟软件UniSim Design对某石化厂60万吨/年催化裂化装置的吸收稳定系统进行稳态和动态的流程模拟。利用稳态模型,以能耗最小为优化目标,以产品质量指标为约束条件对补充吸收剂流量进行操作优化。利用动态模型作为虚拟装置并用控制的手段将操作优化的结果予以实现,通过实验对比分析,应该以产品质量指标作为被控变量才能保证优化实现的过程中质量不超标,同时多变量预测控制的效果要比单回路控制效果好,但是将补充吸收剂流量分多次加载,可以改善单回路控制的控制效果。     

前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置稳定性分析

对前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置反应-再生系统动态机理模型进行空间离散化,然后做线性化处理,得到了线性化状态空间模型．采用控制理论中的线性系统稳定性判据──特征值分析法分析反应-再生系统的稳定性．在控制二密相床和汽提段藏量的条件下,线性状态空间模型的全部特征值的实部在很宽的操作范围内都为负值,证明所研究的反应再生系统（线性化系统）是稳定的．     

催化裂化吸收稳定系统模拟优化研究

在流程模拟软件Aspen Plus中建立改进的催化裂化吸收稳定系统模拟流程模型,利用传统催化裂化吸收稳定系统流程的工艺参数作为初值,通过规定主要产品标准,确立了现有工艺流程的初步操作参数。使用单因素变量法对现有流程工艺参数进行调整,研究流程内主要设备的操作条件,如补充吸收剂流量、稳定塔回流比、稳定塔理论板数、稳定塔顶液化石油气抽出量、解吸塔进料温度及再吸收塔贫吸收油温度等因素对于工艺流程综合性能的影响。     

基于状态观测器的催化裂化装置不可测变量在线估计

采用基于非线性微分-代数方程的自适应状态观测器对催化裂化装置的油品产率、催化剂循环量等不可测变量进行在线估计.如果非线性微分-代数系统在工作点附近的线性化系统可观,则可以通过线性化系统的极点配置在线选取合适的状态观测器反馈增益阵,以实现能在较大范围内稳定工作的自适应状态观测器.可观性分析和观测器仿真表明,如果存在模型参...     

溶液再生器传热传质过程的数值模拟

根据湿空气和溶液热质交换的基本理论,建立了叉流溶液再生器的传热传质数学模型,并将该模型简化,得出空气和溶液的质量、能量控制方程。根据数值求解的方法,对方程进行离散简化,利用Matlab语言编程模拟计算。将模拟结果和实验结果进行了比较,结果表明本模型可靠。     

A hybrid numerical‐symbolic solving strategy for equation‐oriented process simulation and optimization

The equation‐oriented (EO) and sequential modular (SM) methods are two typical approaches for numerical process simulation and optimization. For a large‐scale system, the EO method usually suffers from difficulties in variable initialization. The SM method, conversely, can suffer from slow convergence and requires experience in choosing appropriate tear variables. In this article, a novel strategy combining numerical and symbolic approaches is proposed for solving process systems represented by polynomials. First, a digraph method is developed to identify the subset of equations that should be solved simultaneously. Then, a symbolic computation method based on Gröbner basis is proposed to reformulate the simultaneous equations as a completely sequential model with a triangular structure. Last, the reformulated model is solved sequentially without any iterative tearing process. The case studies show that the proposed strategy can significantly improve the solving efficiency and robustness for process simulation and optimization. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 2764–2780, 2017     

某天然气脱酸装置操作适应性分析研究

采用HYSYS模拟软件结合实际操作参数修正并验证后的模型,对某脱酸装置影响脱酸效果的原料气温度、胺液循环量、胺液浓度、吸收塔压力、闪蒸压力、再生塔回流比等主要因素进行了适应性分析及解释。结果表明:胺液循环量、贫胺液浓度、再生塔回流比是影响能耗的主要因素;原料气温度、吸收压力对吸收效果和性能影响有限;闪蒸压力的确定对再沸器负荷有一定的影响,应结合闪蒸气去向最终确定。可对该装置操作优化及指导后续操作优化。     

FCCU反再系统异常工况的安全分析

石油化工行业因生产规模大、生产工艺复杂、原料多易燃易爆,所以具有高危险性。对石化行业进行安全分析是保证安全生产的重要途径。基于石油催化裂化(FCCU)反再系统动态模型实现了再生催化剂失活、再生器稀相尾燃、反应器催化剂跑损3种异常工况的动态模拟。将工商管理模式的及时生产方式(just-in-time,JIT)应用于反再系统的安全分析,建立了上述4种异常工况的简化模型,实现了异常工况的及时识别。该方法能够有效地辨识不同状态下过程的运行规律,具有一定的可行性和优势,可以为实际生产安全提供准确、可靠的指导。将JIT理论用于动态过程的非线性分析,希望为动态系统的辨识提供一种新思路。     

催化裂化装置再生器主风裕量的动态分析

以某催化裂化装置为基础,建立反应-再生系统的动态机理数学模型。从生产操作和闭环控制的角度,用动态优化的方法对再生器的主风裕量进行了计算,指出过程动态特性对主风设计裕量的选取有着很大影响。在考虑工艺和设备条件变化留出的稳态裕量之外,需要留出一定的动态裕量以满足过程操作和控制的要求,其大小与控制系统设计有关。系统对控制器性能的要求愈高,所需要的主风裕量应愈大。故在进行工艺设计时需要对系统的控制性能和主风设计裕量进行综合考虑,使设计结果既能满足工艺要求,又能实现良好的自动控制。     

面向过程控制的两段提升管重油催化裂解动态建模

两段提升管重油催化裂解多产丙烯技术具有原料适应性强、丙烯和高品质汽油产率高等优点,工业应用前景广阔。开展动态建模、非线性分析与控制等方面的研究对于揭示装置运行规律、提高能量/质量转化效率具有重要意义。从过程控制的角度出发,基于TMP工艺流程,通过合理假设,分别建立两段提升管、汽提段以及再生系统的数学模型并由循环催化剂连接形成一个整体动态数学模型。数值模拟结果表明,所建模型可以准确描述过程关键变量的动态变化趋势以及两段提升管-再生器之间的耦合关系,从而为后续非线性分析和控制系统设计创造有利条件。