催化裂化结焦催化剂烧焦再生模型的研究(III)——模型求解与验证

根据结焦沸石催化剂烧焦再生数学模型为二阶非线性偏微分方程的特点 ,提出采用正交配置方法进行方程离散 ;对离散得到的病态非线性常微分方程组 ,经过比较 ,采用显式变步长龙格 库塔法进行求解 ,从而避免了计算Jacobi矩阵和其逆矩阵 ,提高了计算精度和计算速度。对比表明 ,该模型的结果与文献数据和实验数据比较吻合 ,具有一定的可靠性和准确性 ,可在工业中应用     

催化裂化结焦催化剂烧焦再生模型的研究(I)——烧焦再生物理模型的建立

对催化裂化结焦催化剂颗粒模型和结炭燃烧动力学进行了系统的分析和研究 ,指出研究结焦催化剂的烧焦反应过程必须采用宏观动力学的观点 ,既要考虑结炭燃烧的本征动力学 ,又要考虑结焦催化剂烧焦过程中气相组分的扩散传递阻力 ;并指出大多数催化剂颗粒模型如粒子 颗粒模型、均匀模型、未反应核收缩模型等对大颗粒催化剂的烧焦再生过程能够较好地进行模拟 ,但对粒径微小的沸石催化剂烧焦再生的模拟误差很大。根据沸石催化剂的特点 ,提出了修正的颗粒 粒子动态等温物理模型 ,并对该模型的物理结构、焦炭分布以及焦炭燃烧的步骤进行了详细的描述 ,同时也为该模型的数学方程的建立和推导提供了依据。     

催化裂化结焦催化剂烧焦再生模型的研究（Ⅱ） ——烧焦再生数学模型的建立

从反应工程学的角度讨论了结焦沸石催化剂烧焦再生反应宏观动力学数学模型的建立,根据已提出的修正的颗粒-粒子动态等温物理模型,分别推导出了多孔焦炭的燃烧再生阶段数学方程和无孔焦炭的燃烧再生阶段数学方程,为结焦沸石催化剂再生反应过程计算机模拟提供了理论依据。     

催化裂化催化剂流化再生过程模型

介绍了一种用于计算催化裂化催化剂流化再生反应过程的数学模型。在流体力学方程组中，加入催化剂再生反应动力学方程，构成了再生过程流化反应模型。用该模型对在提升管再生器中的再生过程进行了模拟计算，分析了再生器中的温度场和速度场。与流场试验数据相比较，结果显示出两者之间有较好的一致性。     

催化裂化待生催化剂再生动力学模型

在催化裂化流化床反应器内进行了待生催化剂的再生试验,消除内外扩散影响后,回归出再生的本征动力学模型;再生温度升高时,扩散的影响逐渐明显,传质与化学反应同时对再生过程产生影响。用正交配置法解微分方程组,得出了高温再生时焦炭转化率与反应时间的关系模型,该模型能较好地与试验数据拟合。     

催化裂化提升管再生器烧焦过程的简化模拟计算

本文根据快速流化床基本流体力学与传递规律,结合催化裂化催化剂再生动力学规律,开发了催化裂化提升管式再生器的数学模型及其相应的模拟软件系统。通过模拟计算,研究了催化剂为平推流(PF)和催化剂为全混流(CSTR)时的再生规律。计算结果表明,当内外循环比(再生剂循环速率 G_(?)/待生剂循环速率 G_(?))较小时,催化剂为全混流时的再生效果优于催化剂为平推流时的再生效果,当内外循环比较大时,再生效果发生逆转,这一结果可供设计、强化和改善提升管再生器烧焦过程时参考。     

结焦Y—15催化剂再生过程的动力学研究

在消除内外扩散的条件下，将结焦Ｙ－１５催化剂再生反应后的气体产物甲烷化导入氢火焰原子检测器，分析产物中ＣＯ、ＣＯ２的浓度，用多元线性回归法回归得到总消炭、产物生成动力学方程式。考察了再生温度和氧分压对产物ＣＯ２／ＣＯ比的影响，提出了产物比仅随温度升高而降低，与氧分压无关。实验得到的产物ＣＯ２／ＣＯ比随温度的变化规律与导出的动力学方程得到的计算结果相吻合。     

催化裂化催化剂再生的动力学判据

通过对不同再生过程进行分析和计算,以kca/kt值作为判据,给出了不同床层控制因素的半定量判断数值。即湍动床和鼓泡床的kca/kt值在0.35以下,快速床在0.35～0.65之间,输送床在0.65以上。认为kca/kt值在0.35以下时,为非动力学控制,宜采用改善催化剂流化质量和主风分布等措施来提高催化剂再生速度;在0.65以上时,宜采用提高再生温度、催化剂碳含量和氧分压等措施;在0.35～0.65之间时,两种措施皆有效,可视情况而定。     

烧焦罐再生强化技术及冷再生催化剂循环催化裂化技术的工业应用

采用烧焦罐再生强化技术及冷再生催化剂循环催化裂化技术,对中国石油锦西石化公司Ⅱ套催化裂化装置进行了改造。结果表明,装置改造后,由于在原料蜡油中掺炼了质量分数为30%的大庆减压渣油,导致原料油残炭质量分数由0.08%提高到2.61%,并且运动黏度和密度均有所提高;对反应-再生系统的原料预热温度、再生催化剂冷却器冷后温度、主风量等操作参数进行了适应性调整;干气收率下降,轻柴油和总液体收率与改造前持平,油浆和焦炭收率提高;能耗由改造前的45.35 kg/t（以标准油计,下同）降至40.09 kg/t,经济效益显著提高。     

催化重整反应动力学模型的建立及其工业应用(3)——重整催化剂结焦失活与烧焦再生

系统地分析讨论了重整催化剂的结炭机理。结炭模型以及催化剂的再生烧炭本征动力学方程和宏观动力学方程,为延缓重整催化剂的失活和优化再生过程的操作提供了理论依据。     

前置烧焦罐再生催化裂化装置改造设想

应用快速床—湍流床再生技术对前置烧焦罐催化裂化装置进行改造是解决目前该型式装置加工重质原料存在问题的有效途径。就前置烧焦罐装置加工重油存在的问题进行了分析，提出了具体改造方案。     

催化裂化装置动态机理模型：Ⅲ.催化剂流动和压力系统

由催化剂运动线路和压力平衡导出动态机理模型，必须事先确定待生，再生催化剂和二密相床至烧焦罐的内循环速率的表达式。根据气体状态方程和容器物料平衡，得到了沉降器、分馏塔顶油气分离罐和再生器顶等部分的压力动态响应方程。     

催化裂化装置动态机理模型：II.再生器部分

建立了前置烧焦罐式高效再生器动态机理模型。烧焦罐再生段采用轴向扩散模型，包括催化剂上碳含量、氢含量和再生温度动态分布参数方程、气体中氧含量拟稳态分布参数方程和催化剂藏量动态方程。二密相床气速低，采用气固全返混模型，并考察了气体外扩散对烧碳速率的影响。二密相床数学模型包括再生剂碳含量和催化剂藏量的动态集中参数方程和烟气中氧含量的拟稳态代数方程。     

评价催化裂化再生器床层烧焦的一种方法

通过对流化催化裂化再生器烧焦的几种评价方法进行分析,探讨了采用"烧焦效率"(烧焦效率=按实际操作工况计算的实际烧焦强度÷按合适动力学模型计算的动力学计算烧焦强度)作为评价再生器床层烧焦的合理性,提出了一种评价再生器床层烧焦的新方法.对三套催化裂化装置再生器改造前后实际烧焦强度、动力学计算烧焦强度、烧焦效率的变化进行的分析表明,采用烧焦效率数据可以较好地评价床层再生器的烧焦情况,,指导再生器的设计、操作或改造.     

再生催化裂化催化剂结构及性能

采用固定床装置制备了2种碳质量分数分别为0.25%,0.04%的再生催化裂化催化剂,利用X射线衍射仪、物理吸附仪、扫描电子显微镜等对催化剂进行表征,考察了再生过程对催化剂结构的影响,并对再生催化剂的性能进行评价。结果表明：再生过程不会影响催化剂中分子筛结构;催化剂失活的主要原因是焦炭堵塞孔道,覆盖了弱酸性活性位点,再生过程除去焦炭后,催化剂活性得到恢复;催化剂碳质量分数越低,原料油转化率越高,热裂化指数越低;再生催化剂上原料油转化率最高可达83.68%,热裂化指数仅为0.19。