一种建立催化裂化全流程模型的方法及装置与流程

本发明涉及到催化裂化领域，具体的说是一种建立催化裂化全流程模型的方法及装置。

背景技术：

1、催化裂化是重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有很重要的地位。催化裂化装置设计及操作的情况对炼厂的整体经济效益有较大影响。在催化裂化装置的设计及操作阶段，借助催化裂化全流程模拟优化模型，对其反应系统、再生系统、分馏系统、吸收稳定系统、烟机能量回收系统的设计及操作进行必要的模拟优化，提高整套装置的设计及操作水平，可显著增加炼厂的经济效益。

2、国内外已有工艺计算模型在催化裂化反应-再生系统过程设计及操作中的应用，如中国石化集团洛阳石油化工工程公司的催化装置反应再生模拟优化软件fcclk和fccm，美国aspentech公司的催化装置反应再生模拟优化软件aspen fcc、英国kbc公司的fcc-sim软件等。

3、以上模拟优化软件，都是对于特定的催化裂化形式进行模拟，但是当工艺类型、再生型式不同时，强行使用这些软件进行模拟的话，很难取得很好的模拟效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种建立催化裂化全流程模型的方法及装置，能够构建包括反再系统、分馏系统、吸收稳定系统和烟气能量回收等系统的催化裂化全流程模型，可以适用于不同工艺类型、不同再生型式的催化裂化装置。

2、本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种建立催化裂化全流程模型的方法，包括如下步骤：

3、s1、利用aspen custom modeler软件平台，基于催化裂化反应机理和反再型式，建立催化裂化反再系统中各功能单元的模块；

4、所述各功能单元的模块包括提升管单元模块、沉降器单元模块、汽提器单元模块、再生器单元模块、烧焦罐单元模块、外取热器单元模块和旋风分离器单元模块；

5、s2、将s1中各功能单元模块导入aspen plus软件，依据催化裂化反应工艺的不同和再生型式的不同，选择相应的功能单元模块组合，形成不同的催化裂化反应-再生系统模型；

6、所述反应工艺包括渣油催化裂化工艺、双提升管催化裂化工艺、多产丙烯工艺、多产汽油工艺和深度催化裂解工艺；

7、所述再生型式包括单段逆流、两段并列、两段重叠和前置烧焦罐完全再生；

8、s3、利用aspen plus软件中现有的单元模块，建立辅助功能模型，并将s2中的不同催化裂化反应-再生系统模型搭配与其对应的辅助功能模型整合，形成催化裂化全流程模型；

9、所述辅助功能模型包括分馏模型、吸收稳定模型和烟气能量回收模型。

10、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的一种优化方案，所述s1中，建立催化裂化反再系统中各功能单元的模块的具体步骤如下：

11、s1.1、在aspen custom modeler软件中，使用aspen properties作为物性计算基础，建立包含催化裂化物流中所有集总组分的组分列表；

12、s1.2、在aspen custom modeler软件中，以集总反应动力学模型和烧焦反应动力学模型为基础，结合物料平衡方程、热量平衡方程和压力平衡方程建立各功能单元的模块，使用fortran语言编写单元模块代码；

13、s1.3、在aspen custom modeler软件中，通过流量、压力和温度将各功能单元的模块进行关联，连接各单元模块物流两端的流量、压力和温度相同。

14、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的另一种优化方案，所述s1.1中，催化裂化物流中所有集总组分的组分列表包括原料油集总、产品集总和装置内存在的气体集总；所述产品集总包括干气集总、液化气集总、汽油集总、柴油集总、油浆集总和焦炭集总；所述干气集总包括硫化氢、氢气、甲烷、乙烷和乙烯，所述液化气集总包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯和丁二烯；所述装置内存在气体集总包括水蒸气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、一氧化氮和二氧化氮。

15、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的另一种优化方案，所述s1.2中，以集总反应动力学模型为基础建立提升管单元模块，以物料平衡方程、热量平衡方程、压力平衡方程为基础建立沉降器单元模块和汽提器单元模块：

16、所述提升管单元模块的基本方程如下：

17、

18、式中，y为各集总组分的质量分率向量，x＝x/h表示床层中x截面处的无因次相对距离，h表示床层高度，单位m，p表示体系压力，单位pa；r为气体常数，r＝8.314j/(mol·k)；t表示体系温度，单位k，下标i表示集总组分，m表示分子质量，单位g/mol，k1表示反应速率常数矩阵，单位cm3/(g·h)；swh表示真实的重时空速；

19、swh的单位为g进料(油+惰性物)/(h·g(催化剂))，其含义为：每g进料与每g催化剂的比值，再除以时间单位h，所述进料为原料油和惰性物，惰性物包括水蒸气和惰性气；

20、提升管单元模块的物料平衡基本方程如下：

21、

22、提升管单元模块的热量平衡基本方程如下：

23、

24、提升管单元模块的压力平衡基本方程如下：

25、

26、沉降器单元模块的物料平衡基本方程如下：

27、

28、沉降器单元模块的热量平衡基本方程如下：

29、

30、沉降器单元模块的压力平衡基本方程如下：

31、

32、汽提器单元模块的物料平衡基本方程如下：

33、

34、汽提器单元模块的热量平衡基本方程如下：

35、

36、汽提器单元模块的压力平衡基本方程如下：

37、

38、以上公式中，f表示质量流量，单位g/h,in表示入口,out表示出口，riser表示提升管单元，d表示沉降器单元，st表示汽提器单元，w表示藏量，单位g，h表示单位质量焓，单位j/g，δq表示能量变化，单位j。

39、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的另一种优化方案，所述s1.2中，以烧焦反应动力学模型为基础建立再生器和烧焦罐单元模块；以物料平衡方程、热量平衡方程、压力平衡方程为基础建立旋风分离器和外取热器单元模块：

40、所述再生器单元模块的基本方程如下：

41、

42、式中，nreg为再生器内气体的摩尔分率向量，zreg表示再生器高度，单位m，k2表示反应速率常数矩阵，单位(m3/kmol)x·s，x随反应级数改变；

43、再生器单元模块的物料平衡基本方程如下：

44、

45、再生器单元模块的热量平衡基本方程如下：

46、

47、再生器单元模块的压力平衡基本方程如下：

48、

49、烧焦罐单元模块的基本方程如下：

50、

51、式中，ncom为烧焦罐内气体的摩尔分率向量，zcom表示烧焦罐高度，单位m，k3表示烧焦反应速率常数矩阵，单位(m3/kmol)x·s，x随反应级数改变；

52、烧焦罐单元模块的物料平衡基本方程如下：

53、

54、烧焦罐单元模块的热量平衡基本方程如下：

55、

56、烧焦罐单元模块的压力平衡基本方程如下：

57、

58、旋风分离器单元模块的物料平衡基本方程如下：

59、

60、旋风分离器单元模块的热量平衡基本方程如下：

61、

62、旋风分离器单元模块的压力平衡基本方程如下：

63、

64、外取热器单元模块的物料平衡基本方程如下：

65、

66、外取热器单元模块的热量平衡基本方程如下：

67、

68、外取热器单元模块的压力平衡基本方程如下：

69、

70、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的另一种优化方案，所述s2中，形成不同的催化裂化反应-再生系统模型包括：

71、通过提升管单元模块、沉降器单元模块和汽提器单元模块的组合，建立适用于反应工艺为渣油催化裂化工艺、双提升管催化裂化工艺、多产丙烯工艺、多产汽油工艺和深度催化裂解工艺的催化裂化反应-再生系统模型；

72、通过再生器单元模块、烧焦罐单元模块、旋风分离器单元模块、外取热器单元模块的组合，建立适用于再生型式为单段逆流、两段并列、两段重叠和前置烧焦罐完全再生的催化裂化反应-再生系统模型。

73、作为上述建立催化裂化全流程模型的方法的另一种优化方案，所述s3中建立的催化裂化全流程模型，以该催化裂化全流程模型为基础，对催化裂化过程进行动态模拟研究和稳态优化研究，实现对催化裂化全流程的在线模拟和优化。

74、一种用于实施上述建立催化裂化全流程模型方法的模型建立装置，包括模型建立模块，该模型建立模块用于建立各功能单元模块、催化裂化反应-再生系统模型、辅助功能模型和催化裂化全流程模型。

75、一种电子设备，包括处理器和存储器，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，能够运行上述的方法。

76、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，运行上述的方法中的步骤。

77、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

78、本发明利用aspen软件的用户自定义模型开发平台aspen custom modeler，开发催化裂化反应系统的提升管、沉降器、汽提器单元模块和再生系统的再生器、烧焦罐、旋风分离器、外取热器单元模块，之后根据不同的催化裂化反应工艺(rfcc、fdfcc、mip、dcc、ltag)和再生型式(单段逆流、两段并列、两段重叠、前置烧焦罐完全再生)，建立相应的反应-再生系统模型，从而适用不同的催化裂化工业装置。同时，利用aspen完备的物性数据库和成熟的单元操作模块，建立催化裂化的分馏系统、吸收稳定系统和烟气能量回收等系统模型，进而与反应-再生系统模型搭配建立催化裂化全流程模型，可以对催化裂化过程进行动态模拟和稳态优化模拟，进而实现对催化裂化全流程的在线模拟和优化。