一种烟气循环再生系统模型的建立方法及装置与流程

本发明涉及石油化工，具体的说是一种烟气循环再生系统模型的建立方法及装置。

背景技术：

1、石油炼制生产过程是石油石化领域二氧化碳排放较为显著的部分，其中，催化裂化装置是各类炼油装置中二氧化碳排放量最高的装置，降低催化裂化装置二氧化碳排放量，提高催化裂化装置二氧化碳的捕集、回收效率。

2、烟气循环再生工艺是指采用氧气和二氧化碳混合气体取代传统的空气作为再生器主风，与待生催化剂接触进行烧焦再生，该工艺通过优化氧气和循环烟气流量得到纯度较高的二氧化碳，提高二氧化碳回收利用效率。建立烟气循环再生系统模型，能够针对不同的再生工况，为了优化氧气和循环烟气流量，获取高纯度二氧化碳的烟气，同时得到较好的再生效果。

3、申请人于2022年申报了一种催化裂化烟气循环再生系统建模方法及装置(专利号：cn114818359a)提供催化裂化再生过程的动力学模型，预测最优的氧气流量和再生烟气循环比例，预测再生烟气的组成以及再生催化剂定碳，实现二氧化碳的高效捕集。但是，该建模方法依赖于烟气循环再生系统模型的计算结果，计算结果又依赖于该模型的初始值，即该建模方法存在循环依赖的问题，造成预测结果的准确性较低，甚至造成计算终止。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种烟气循环再生系统模型的建立方法及装置，打破循环依赖，预测准确度高且计算量小。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种烟气循环再生系统模型的建立方法，包括以下步骤：

3、s1，建立烧焦反应动力学模型：基于烧碳和烧氢反应建立烧焦反应速率；

4、s2，建立烟气循环再生系统稳态模型，根据烟气循环再生工艺，建立再生器稳态模型，依据再生器稳态模型计算再生烟气中co、co2、h2o、o2流量以及再生后的催化剂焦炭含量；

5、s3，烟气循环再生优化：对二氧化碳的富集以及待生催化剂再生效果进行目标优化；

6、所述s2中，再生器稳态模型建立过程中以再生器出口再生烟气中co、co2、h2o、o2流量为切入点结合充分烧焦设定计算再生烟气中co、co2、h2o、o2流量，当再生烟气中o2流量满足烧焦需求量时，再生烟气中co、co2、h2o、o2流量为：

7、其中，fcat为再生剂流量，为待生催化剂定碳，为焦炭氢含量，为纯氧摩尔流量；

8、当再生烟气中o2流量不满足烧焦需求量时，再生烟气中co、co2、h2o、o2流量为：

9、

10、其中，fcat为再生剂流量，为待生催化剂定碳，为焦炭氢含量，为纯氧摩尔流量。

11、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的一种优化方案：所述s1中，基于焦炭摩尔浓度和氧气摩尔浓度建立烧焦反应速率函数的过程为，在密相床内发生的碳元素和氢元素的反应为：

12、

13、其中，r1、r2、r3分别表示碳元素氧化生成co、co2和h元素氧化成h2o时的反应速率；

14、密相床内r1、r2、r3分别为：

15、

16、其中，k1为c燃烧反应的反应速率常数，k2为h燃烧生成h2o反应的反应速率常数，单位m3/(kmol·s)，σ表示生成的co2和co的摩尔比值，单位kmol/kmol，ρc表示密相床内催化剂颗粒密度，单位kg·m-3，εc，d表示密相床催化剂体积分数；wck表示催化剂上的焦炭含量，单位kg焦炭/kg催化剂，mwc表示碳元素的摩尔分子质量，单位kg/mol，mwh表示氢元素的摩尔分子质量，单位kg/mol，q为焦炭中的氢碳摩尔比；ci，j为在j区域内的气体组分i的摩尔浓度，单位kmol/m3，j区域为对应密相床的d区域或者对应稀相的f区域，气体组分i包括co，co2，h2o，o2，n2，单位kmol/m3；

17、密相床中，碳元素生成的co会继续氧化生成co2，其反应速率为：

18、

19、其中，k3为密相床中co氧化生成co2反应的反应速率常数，ci，d为密相床中气体的摩尔浓度：

20、

21、其中，ni，d为密相床各气体组分的摩尔流率，vg，d为密相床各气体组分的体积流率；

22、稀相床只有co的氧化反应，则稀相床co氧化反应速率为：

23、

24、其中，k4为稀相中co氧化生成co2反应的反应速率常数，ci，f为稀相床各气体组分的摩尔浓度：

25、

26、其中，ni，f为稀相床各气体组分摩尔流率，vg，f为稀相床各气体组分的体积流率。

27、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：所述σ由经验公式得到：

28、

29、其中，t为再生器内密相床的温度，单位为k。

30、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：所述εc，d为：

31、

32、其中，vg，d为密相床各气体组分的体积流率，ωrg为再生器密相床横截面积；

33、所述εg，d为：

34、εg，d＝(1-εc，d)。

35、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：所述反应速率常数ki为：

36、

37、其中，ki0和ei分别为反应的指前因子和活化能，t为再生温度，r为理想气体常数，t*为参考再生温度。

38、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：所述s2中，建立烟气循环再生系统稳态模型为：对再生烟气的密相床中气体进行物料衡算，设定密相床层高度不变，得到密相床层中各气体组分摩尔流率沿轴向的变化率方程：

39、

40、

41、

42、其中，r1，d为密相床中c燃烧生成co反应速率，r2，d为密相床中c燃烧生成co2反应速率，r3，d为密相床中h燃烧生成h2o反应速率，r4，d为密相床中co燃烧生成co2反应速率，单位m3/(kmol·s)，σ表示生成的co2和co的摩尔比值，单位kmol/kmol，ρc表示密相床内催化剂颗粒密度，单位kg·m-3，εc，d表示密相床催化剂体积分数；wck表示催化剂上的焦炭含量，单位kg焦炭/kg催化剂，mwc表示碳元素的摩尔分子质量，单位kg/mol，mwh表示氢元素的摩尔分子质量，单位kg/mol，q为焦炭中的氢碳摩尔比；ci，d为密相床中个气体组分i的摩尔浓度，单位kmol/m3，气体组分i包括co，co2，h2o，o2，n2，单位kmol/m3，ni，d为密相床各气体组分的摩尔流率，vg，d为密相床各气体组分的体积流率，z为密相床层中z截面处的无因次相对距离；

43、各气体组分摩尔流率的初始值为：

44、

45、其中，为再生器主风入口新鲜氧气流量，c为再生器循环烟气；

46、对于稀相床内各气体组分的摩尔流率沿轴向的变化率方程为：

47、

48、

49、

50、

51、其中，k4为稀相床内co氧化反应速率，ci，f为稀相床各气体组分的摩尔浓度，ni，f为稀相床各气体组分摩尔流率，vg，f为稀相床各气体组分的体积流率，vf为稀相床体积，z为稀相床层中z截面处的无因次相对距离；

52、稀相床入口处的气体摩尔流率等于密相床出口处的气体摩尔流率：

53、

54、其中，为稀相床入口处各气体组分的摩尔流率，为密相床出口处各气体组分的摩尔流率。

55、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：再生后的催化剂焦炭含量为：

56、

57、其中，为待生催化剂定碳，为再生器出口气体组分摩尔流量，为再生器入口气体组分摩尔流量。

58、作为上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的另一种优化方案：所述s2中，再生烟气中co、co2、h2o、o2流量为：

59、

60、

61、

62、

63、其中，x为循环烟气流量与氧气流量的比值，为烟气净化装置出口co的流量，为烟气净化装置出口co2的流量，为烟气净化装置出口h2o的流量，为烟气净化装置出口o2的流量，为纯氧流量；

64、

65、

66、

67、

68、其中，为再生器出口co流量，为再生器出口co2流量，为再生器出口h2o流量，为再生器出口o2流量，为烟气净化装置出口h2o的体积含量；

69、

70、其中，t为再生温度。

71、一种烟气循环再生系统模型的建立装置，包括建立烧焦反应动力学模型模块，用于建立基于烧碳和烧氢反应的烧焦反应速率方程；建立烟气循环再生系统稳态模型模块，用于根据烟气循环再生工艺，建立再生器稳定模型；烟气循环再生优化模块，用于对二氧化碳的富集以及待生催化剂再生效果进行目标优化。

72、一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的步骤。

73、一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行上述一种烟气循环再生系统模型的建立方法的步骤。

74、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：本发明提供一种烟气循环再生系统模型的建立方法及装置，以再生器出口再生烟气中co、co2、h2o、o2流量为切入点结合充分烧焦设定计算再生烟气中co、co2、h2o、o2流量，使其作为循环依赖问题的入口，打破循环依赖链条，提高预测结果的准确性。