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重油催化裂化装置产品分布调控与优化模拟分析

作者:   文章来源:   点击数:   更新日期: 2021-11-08

论文标题:Modeling analysis for product distribution control and optimization of heavy oil FCCU

录用期刊:化工学报EI收录中文核心期刊

原文链接:http://doi.org/10.11949/0438-1157.20211245

作者列表

(1) 张建飞 信息科学与工程学院 自动化系 博19

(2) 林嘉奖 信息科学与工程学院 自动化系

(3) 罗雄麟 信息科学与工程学院 自动化系

(4) 信息科学与工程学院 自动化系(通讯作者)

文章简介:

石油资源的紧缺,炼油厂轻质原料重质化将是一个必然的发展趋势。原料油残炭值较高不仅会影响轻质油收率的大小,还影响系统的安全运行。当催化裂化装置对轻质油进行加工时,原料油残炭值较低,通过控制CO助燃剂和主风量可获得理想的轻质油收率。当装置对重质油进行加工时,催化裂化产生的油浆中含有较高比例的稠环芳烃,回炼这种油浆会产生大量焦炭,系统产热量过剩,需要采用外甩油浆和外取热的方法,提高轻质油收率。在此基础上,本文通过对催化裂化模型扩展,添加外取热装置,以实现重油催化裂化时的产品分布调控和优化模拟分析。

摘要:

重油催化裂化焦炭产率较高,会加重再生器负荷,降低剂油比和轻质油收率。对此,在催化裂化装置基础上添加外取热器。通过采用外取热和外甩油浆相结合的方法,实现重油催化裂化轻质油收率的提高。外取热器的作用是为了快速有效的将再生器部分过多的热量取走,达到再生催化剂降温的目的。外甩油浆的作用是为了降低焦炭产率,减少烧焦产生热量。热量的降低可以有效提高剂油比,增加轻质油收率。原料残炭值的大小对产品分布有直接影响。原料残炭值越大,催化裂化装置的反应器部分产生焦炭越多,待生催化剂上含碳量也会升高,到达再生器烧焦以后释放大量的热量,热量增加不仅会影响再生器的寿命,也会使催化裂化装置中的剂油比降低,从而降低轻质油收率。本文通过控制向量参数化方法对CO助燃剂、主风、外取热和外甩油浆进行了不同层次的调控与优化,结果发现,对于重油催化裂化,CO助燃剂、主风的优化影响效果有限,而外取热和外甩油浆相互促进可以有效提高剂油比和轻质油收率

具体实现:

1.重油催化裂化模型扩展

在烧焦罐和密相床之间添加外取热器。高温再生催化剂从密相床引出,进入外取热器,通过加热取热器进水,以生成水蒸气的方式将热量取走。被冷却后的再生催化剂返回再生器中,这种取热方法叫做外取热。带外取热器的催化裂化装置流程图,如图1所示。



图1带外取热器的催化裂化装置流程图

2.重油催化裂化的影响分析

原料残炭值为2.4的重质油,通过调节CO助燃剂的添加量和主风流量,剂油比和轻质油收率的变化,如图2所示。通过采用外取热和外甩油浆的调节方法,剂油比和轻质油收率的变化,如图3所示。将图2和图3进行对比可以发现,催化裂化进料为重质油时,采用常规的调节手段已经无法满足生产的要求,而采用外取热和外甩油浆的调节方法很明显可以提高轻质油收率,这也验证了调节的可行性。


(a)剂油比

 (b)轻质油收率

2CO助燃剂、主风对重质油操作的敏感性分析


(a)剂油比

 (b)轻质油收率

3取热器、外甩油浆对重质油操作的敏感性分析

主要结果:

优化CO助燃剂添加量、主风流量和外取热量的结果分析,如图4所示。


(a)CO助燃剂

 

(b)主风 

(c)外取热

(d)剂油比

 (e)轻质油收率

图4优化CO助燃剂、主风和外取热对重质油催化裂化的敏感性分析

优化CO助燃剂添加量、主风流量和外甩油浆量的结果分析,如图5所示。



(a)CO助燃剂

 (b)主风

 (c)外甩油浆


(d)剂油比 

(e)轻质油收率

5优化CO助燃剂、主风和外甩油浆对重质油催化裂化的敏感性分析

优化CO助燃剂添加量、主风流量、外取热量和外甩油浆的结果分析,如图6所示。



(a)CO助燃剂 

(b)主风 

(c)外取热



(d)外甩油浆

 (e)剂油比

 (f)轻质油收率

图6优化CO助燃剂、主风、外取热和外甩油浆对重质油催化裂化的敏感性分析

通过以上三种方式优化可知。优化CO助燃剂、主风和外取热,发现CO助燃剂添加量增加,主风量减少,由于助燃剂的活性逐渐降低,取热量和轻油收率逐渐减小。优化CO助燃剂、主风和外甩油浆,起始阶段助燃剂活性较高,烧焦程度剧烈。由于温度控制的作用,外甩油浆和主风量逐渐减少。优化CO助燃剂、主风、外取热和外甩油浆,CO助燃剂和主风量减少,稳定性增加。这是因为外甩油浆,使催化剂上的沉积焦炭减少。主风还起到冷却剂的效果,烧焦减弱,主风流量减少,取热量也减少。由于外取热和外甩油浆在优化过程中起到相互促进的作用,所以轻油收率增加。

作者简介:

许锋,副教授,硕士生导师北京自动化学会理事科研工作涉及控制理论及应用、生产过程的先进控制与优化、化工过程的流程模拟与分析、过程控制与工艺设计一体化研究等,长期从事炼油化工过程软测量与先进控制、流程模拟与实时优化等技术开发与工程应用工作。