一种流化催化裂化反应的预测方法和装置的制造方法

文档序号:9865831阅读:379来源:国知局
一种流化催化裂化反应的预测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及,特别是设及一种流化催化裂化(英文:Fluidized 〇3131八;[。 化acking,简称FCC)反应的预测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 流化催化裂化反应是指在高溫低压条件下及催化剂表面强酸中屯、的催化作用下 采用提升管反应器对油气中蜡油或渣油等大分子控类分子进行W裂化、异构、氨转移反应 为主的多种复杂反应。如图1所示,提升管反应器包括两个反应区。包含有蜡油和/或渣油的 油气原料先在第一反应区中进行反应,第一反应区的产物再送至第二反应区进行反应,第 二反应区的产物即为提升管反应器的产物。如图2所示,在提升管反应器的第一反应区中, 在较高的反应溫度、较短的停留时间和催化剂的作用下,大分子控类裂化为大量的控类小 分子和締控分子。第二反应区通过扩径和诸如急冷汽油来降低油气和催化剂的流速、增加 油气和催化剂的停留时间W及降低反应溫度。在提升管反应器的第二反应区中,締控分子 通过增加氨转移好异构化反应转化为异构烧控和芳控,因此,相对于第一反应区的产物,在 第二反应区所得到的产物中,締控大幅度下降,辛烧值保持不变或路由增加。
[0003] 需要说明的是,提升管反应器对油气进行硫化催化裂化反应所得到的产物需要经 过吸收稳定装置后才能被分离成油浆、柴油、汽油、液化气和干气。由于吸收稳定装置对产 物各组分的分离需要很长的时间,提升管反应器的硫化催化裂化反应的产物中各组分的收 率是无法实时测量到的。因此,为了能够对提升管反应器中的硫化催化裂化反应进行及时 地调整,就需要根据流化催化裂化反应预测提升管反应器的产物中各组分的收率。
[0004] 但是,现有技术中在预测流化催化裂化反应的产物中各组分的收率时,提升管反 应器的第一反应区和第二反应区中溫度分布都采用的是预设的溫度分布,提升管反应器的 第一反应区和第二反应区中作为反应物的油气与催化剂的停留时间也都采用的是预设的 停留时间,可见,现有技术中并没有考虑提升管反应器中反应热和气固两相流动对流化催 化裂化反应的影响,因此,预测得到的各组分收率不够准确。

【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种流化催化裂化反应的预测方法和装置, W解决按照现有技术中由于未考虑反应热和气固两相流动对硫化催化裂化反应的影响而 导致提升管反应器的产物中各组分收率预测不够准确的技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明提供了一种流化催化裂化反应的预测方法,用于包 括第一反应区和第二反应区的提升管反应器,该方法包括:
[0007] 根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管 反应器时的初始溫度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的 堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区 的长度和所述第二反应区的长度,通过第一进口段模型,为所述第一反应区的进口处计算 第一初始溫度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速 度W及所述催化剂的第一初始线速度;其中,所述第一进口段模型表示在所述第一反应区 的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等洽且无化学反应的物理混合过程;
[0008] 根据所述第一初始溫度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所 述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各 集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一 反应区的长度W及所述各集总在所述第一反应区的反应速率,通过第一反应区模型,为所 述第一反应区的出口处计算第一目标溫度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流 量、所述油气的第一目标线速度W及所述催化剂的第一目标线速度;其中,所述第一反应区 模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应,所述各集总在 所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应;
[0009] 根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标溫 度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减 压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的 急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始溫度、所述急冷汽油的初始溫度、所述第一反应 区的内径、所述第二反应区的内径,通过第二进口段模型,为所述第二反应区的进口段计算 第二初始溫度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速 度W及所述催化剂的第二初始线速度;其中,所述第二进口段模型表示在所述第二反应区 的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等洽且无化学反应的物理混合 过程;
[0010] 根据所述第二初始溫度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所 述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各 集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二 反应区的长度W及所述各集总在所述第二反应区的反应速率,通过第二反应区模型,为所 述第二反应区的出口处计算第二目标溫度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流 量、所述油气的第二目标线速度W及所述催化剂的第二目标线速度;其中,所述第二反应区 模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应,所述各集总在 所述第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氨转移反应和异 构化反应;
[0011] 所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程,所述各 集总表示提升管反应器中具有的各组分。
[0012] 为解决上述技术问题,本发明还提供了一种流化催化裂化反应的预测装置,应用 于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器,所述装置包括:
[0013] 第一计算单元,用于根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各 集总注入所述提升管反应器时的初始溫度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩 尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部 压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度,通过第一进口段模型,为所述第一 反应区的进口处计算第一初始溫度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述 油气的第一初始线速度W及所述催化剂的第一初始线速度;其中,所述第一进口段模型表 示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等洽且无化学反应的物 理混合过程;
[0014] 第二计算单元,用于根据所述第一初始溫度、所述第一初始压力、所述各集总的第 一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总 的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的 平均粒径、所述第一反应区的长度W及所述各集总在所述第一反应区的反应速率,通过第 一反应区模型,为所述第一反应区的出口处计算第一目标溫度、第一目标压力、所述各集总 的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度W及所述催化剂的第一目标线速度;其 中,所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流 反应,所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一 次裂化反应;
[0015] 第Ξ计算单元,用于根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热 容、所述第一目标溫度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第 一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注 入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始溫度、所述急冷汽油的初 始溫度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径,通过第二进口段模型,为所述第 二反应区的进口段计算第二初始溫度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所 述油气的第二初始线速度W及所述催化剂的第二初始线速度;其中,所述第二进口段模型 表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等洽且 无化学反应的物理混合过程;
[0016] 第四计算单元,用于根据所述第二初始溫度、所述第二初始压力、所述各集总的第 二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总 的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的 平均粒径、所述第二反应区的长度W及所述各集总在所述第二反应区的反应速率,通过第 二反应区模型,为所述第二反应区的出口处计算第二目标溫度、第二目标压力、所述各集总 的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度W及所述催化剂的第二目标线速度;其 中,所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流 反应,所述各集总在第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氨 转移反应和异构化反应;
[0017] 所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程,所述各 集总表示提升管反应器中具有的各组分。
[0018] 与现有技术相比,本发明具有W下优点:
[0019] 采用本发明实施例的技术方案,通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口 段模型和第二反应区模型,可W预测所述提升管反应器的各个区域中反应产物的分布、溫 度分布、压力分布、油气的线速度分布、催化剂的线速度分布,其中,第一进口段模型表示第 一反应区的进口段中油气与催化剂进行绝热等洽且无化学反映的物理混合过程,第一反应 区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应,第一反应区模型中各集总在 第一反应区的反应速率表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应,第二进口段模型表示 第二反应区的进口段中油气、催化剂与急冷介质进行绝热等洽且无化学反映的物理混合过 程,第二反应区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应,第二反应区 模型中各集总在第二反应区的反应速率表示各集总在第二反应区进行增加氨转移反应和 异构化反应。因此,第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型 可W按照流化催化裂化反应实际的物理化学过程综合预测提升管反应器中各个区域的反 应产物的各集总的分布W及溫度分布、油气的线速度分布和催化剂的线速度分布,也即,其 反应溫度和停留时间均是上述模型预测出的而并不需要按照经验预设,因此,上述模型预 测到的各产物集总的实时收率更加准确。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下, 还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0021 ]图1为提升管反应器的结构示意图;
[0022] 图2为提升管反应器中反应过程组分间化学转化的示意图;
[0023] 图3为本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测方法的流程示意图;
[0024] 图4为本发明实施例中第一反应区中组分间化学转化的示意图;
[0025] 图5为本发明实施例中一种应用示例的离线仿真结果的示意图之一;
[0026] 图6为本发明实施例中一种应用示例的离线仿真结果的示意图之二;
[0027] 图7为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之一;
[0028] 图8为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之二;
[0029] 图9为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之Ξ;
[0030] 图10为本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的 附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本 申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0032] 发明人经过研究发现,提升管反应器的第一反应区和第二反应区实际上都是近似 于绝热的平推流反应,并且,提升管反应器中气固两相的流动会影响压力分布,进而影响各 产物组分的分布、溫度分布、油气的线速度分布W及催化剂线速度的分布。但是现有技术 中,并没有考虑上述因素,因而采用由经验预设的溫度分布和油气、催化剂的停留时间来计 算各产物的实时收率,从而造成预测得到的各产物组分的实时收率不够准确。
[0033] 在本发明实施例中,为了使得各产物组分的实时收率能够更加准确地预测出来, 采用第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型来预测提升管 反应器中物料各集总的分布、溫度分布、压力分布、油气的线速度分布和催化剂的线速度分 布,其中,第一反应区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应,第二反应 区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应,第一反应区模型中各集总 在第一反应区的反应速率表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应,第二反应区模型中 各集总在第二反应区的反应速率表示各集总在第二反应区进行增加氨转移反应和异构化 反应。因此,由于第一反应区模型和第二反应区模型均是将反应过程描述为绝热的理想平 推流反应,也即第一反应区模型和第二反应区模型既体现了绝热也体现了气固两相流动, 因此,通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型对硫化催 化裂化反应的预测,第一反应区和第二反应区的溫度分布、油气与催化剂的停留时间不再 作为经验值输入到模型,而可W是与各集总分布综合在一起预测出来,其中各集总分布包 括有产物中各集总在第二反应区出口处的实时收率,因此,预测到的产物中各集总的实时 收率更加准确。
[0034] 下面结合附图,通过实施例来详细说明本发明中用于流化催化裂化反应的预测方 法和装置。
[0035] 参见图3,示出了本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测方法的流程示意 图。本实施例的方法可W应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器,所述方法 例如具体可W包括如下步骤:
[0036] S301、根据各集
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