第六节 催化裂化反应-再生系统概述

催化裂化反应—再生系统的模型参数辨识与先进控制研究的开题报告一、研究背景和意义催化裂化反应是石油化工过程中的重要反应之一。

它可以将重质烃分解为轻质烃，得到较高质量的汽油、石油醚等产品。

然而，随着反应时间的延长，催化剂的活性会逐渐降低，导致反应产物的质量下降。

因此，需要对催化裂化反应的催化剂进行再生，以保证其持续的活性。

催化裂化反应—再生系统的开发和控制对石油化工工业的发展至关重要。

本研究旨在建立催化裂化反应—再生系统的模型，并利用先进的控制方法对其进行优化控制，从而提高反应产物的质量和生产效率。

二、研究内容和方法1.系统建模本研究将建立催化裂化反应—再生系统的数学模型，包括反应器和再生器的动态模型和催化剂的活性衰减模型。

根据质量守恒、能量守恒和动量守恒等原理，分别建立反应器和再生器的动态模型。

此外，应考虑催化剂的活性衰减对反应速率和反应产物质量的影响，并据此建立催化剂活性衰减模型。

2.参数辨识在建立催化裂化反应—再生系统的模型后，需进行系统的参数辨识。

本研究将采用最小二乘法和模型预测控制中的闭环辨识方法，确定模型中的参数值。

3.先进控制方法的应用针对催化裂化反应—再生系统的动态特性，本研究将采用先进的控制方法，例如模型预测控制和广义预测控制，以实现系统的优化控制。

其中，模型预测控制是以模型为基础，通过预测未来状态和输出变量，来进行最优化的控制策略决策。

广义预测控制则是一种基于神经网络的控制方法，能够弥补传统控制方法的不足。

三、预期成果和意义本研究将建立催化裂化反应—再生系统的数学模型，实现系统的参数辨识，并利用先进的控制方法对其进行优化控制。

预期实现的成果包括：1.建立催化裂化反应—再生系统的数学模型；2.通过参数辨识，确定模型中的参数值；3.采用先进的控制方法，对催化裂化反应—再生系统进行优化控制；4.提高反应产物的质量和生产效率，为石油化工工业的发展做出贡献。

本研究的意义在于，为石油化工工业的催化裂化反应—再生系统的优化控制提供新思路和方法，推动该领域的科学研究和实践创新。

催化裂化的装置简介及工艺流程概述催化裂化技术的发展密切依赖于催化剂的发展。

有了微球催化剂，才出现了流化床催化裂化装置；分子筛催化剂的出现，才发展了提升管催化裂化。

选用适宜的催化剂对于催化裂化过程的产品产率、产品质量以及经济效益具有重大影响。

催化裂化装置通常由三大部分组成，即反应/再生系统、分馏系统和吸收稳定系统。

其中反应––再生系统是全装置的核心，现以高低并列式提升管催化裂化为例，对几大系统分述如下：（一）反应––再生系统新鲜原料(减压馏分油)经过一系列换热后与回炼油混合，进入加热炉预热到370℃左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷入提升管反应器下部，油浆不经加热直接进入提升管，与来自再生器的高温(约650℃~700℃)催化剂接触并立即汽化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以7米/秒~8米/秒的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落入沉降器下部，油气携带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进入分馏系统。

积有焦炭的待生催化剂由沉降器进入其下面的汽提段，用过热蒸气进行汽提以脱除吸附在催化剂表面上的少量油气。

待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进入再生器，与来自再生器底部的空气(由主风机提供)接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度(密相段温度约650℃~680℃)。

再生器维持0.15MPa~0.25MPa(表)的顶部压力，床层线速约0.7米/秒~1.0米/秒。

再生后的催化剂经淹流管，再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。

烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进入旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排入烟囱。

再生烟气温度很高而且含有约5%~10%CO，为了利用其热量，不少装置设有CO锅炉，利用再生烟气产生水蒸汽。

对于操作压力较高的装置，常设有烟气能量回收系统，利用再生烟气的热能和压力作功，驱动主风机以节约电能。

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重油催化裂化的反应—再生系统
崔璀
【期刊名称】《《石油化工设备技术》》
【年(卷),期】1991(012)001
【摘要】镇海石化总厂炼油厂催化裂化装置原设计为120×10~4t/a 蜡油催化裂化。

为解决重油出路,提高轻油收率,于1985年从美国 S&W 公司引进重油催化技术,对原装置进行改造。

从1987年开始,利用每年的停工检修时间分期进行施工,全部改造工程于1990年6月完成,投运试车一次成功,产品质量和收率均达到了设计要求。

一、反应—再生系统改造简介1.进料喷嘴提升管/沉降器为原有设备,为适应重油催化的需要作了部分改动。

【总页数】5页(P54-58)
【作者】崔璀
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TE626.25
【相关文献】
1.重油催化裂化装置再生系统的技术改造 [J], 焦伟州;赵振辉;刘耀宇
2.MPC 在重油催化裂化反应-再生系统控制中的应用 [J], 郭锦标;房(韦华);高维进;魏国志
3.重油催化裂化反应-再生系统的热平衡控制研究 [J], 霍彦斌;温杰
4.重油催化裂化反应-再生系统的热平衡控制 [J], 康明艳;李钒;伍丽娜
5.重油催化裂化反应-再生系统的热平衡控制 [J], 康明艳;李钒;伍丽娜;孙津清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1再生动力学1.1催化剂上的焦炭1）焦炭的化学组成催化剂上的焦炭来源于四个方面：⑴在酸性中心上由催化裂化反应生成的焦炭；⑵由原料中高沸点、高碱性化合物在催化剂表面吸附，经过缩合反应生成的焦炭；⑶因汽提段汽提不完全而残留在催化剂上的重质烃类，是一种富氢焦炭；⑷由于镍、钒等重金属沉积在催化剂表面上造成催化剂中毒，促使脱氢和缩合反应的加剧，而产生的次生焦炭；或者是由于催化剂的活性中心被堵塞和中和，所导致的过度热裂化反应所生成的焦炭。

上述四种来源的焦炭通常被分别称为催化焦、附加焦（也称为原料焦）、剂油比焦（也称为可汽提焦）和污染焦。

实际上，这四种来源的焦炭在催化剂上是无法辩认的。

所谓“焦炭”并不是具有严格的固定组成和结构的物质。

它不是纯碳，一般主要由碳和氢组成，是高度缩合的碳氢化合物，但碳和氢的比例受多种因素的影响，有相当大的变化范围。

影响H/C的因素主要有：催化剂、原料、反应温度、反应时间及汽提条件等。

对一定的催化剂和原料，影响焦炭H/C的主要因素是反应温度和反应时间（或结焦量）。

普遍认为，反应温度越高，焦炭的H/C越小，即焦炭中氢含量越低。

反应时间加长也有同样的影响。

在硅酸铝催化剂上用多种单体烃和轻瓦斯油进行催化裂化反应试验，结果表明所得焦炭的H/C不相同，而在0.4～0.9之间变化。

除碳和氢外，焦炭中还可能含有硫、氮、氧等杂原子，这主要决定于原料的杂原子化合物的含量。

应该指出，焦炭的化学组成，是焦炭的一个重要性质，尤其是C/H，对再生器的操作，特别是对装置的热平衡具有重要意义。

但很遗憾，焦炭的C/H很难测定准确，主要是氢含量很难测准，因为一般用燃烧法测定生成的水量，而水量难以测准，而且在燃烧过程中催化剂结构本身也可能放出一部分水，因而造成实验误差。

在生产装置上，一般还是以测定烟气中CO、CO2和O2的组成，利用焦炭在空气中燃烧时的元素平衡等计算焦炭中的C/H比。

2）焦炭的结构前面谈到焦炭的化学组成是不均匀的，而焦炭的结构与其组成密切相关，可以想象，焦炭的结构也是不均匀的，实际研究结果也证明了这一点，而且结构问题比组成更为复杂。

第五章 催化裂化第一节 概述一、催化裂化在炼油工业中的地位和作用1、石油二次加工的作用一般原油经常减压蒸馏后可得到10～40％的汽油，煤油及柴油等轻质油品，其余的是重质馏分和残渣油。

如果不经过二次加工它们只能作为润滑油原料或重质燃料油。

但是国民经济和国防上需要的轻质油量是很大的，由于内燃机的发展对汽油的质量提出更高的要求．而直馏汽油（辛烷值较低40）则一般难以满足这些要求。

原油经简单加工所能提供的轻质油品的数量和质量同生产发展所需要的轻质油品的数量和质量之间的矛盾促使了二次加工过程的产生和发展。

2、催化裂化在二次加工中的作用催化裂化大分子烃类在催化裂化剂的作用下，在一定的温度压力下，裂化为铰小分子的烃类的过程叫催化裂化。

原料在450—530℃ ，1—3大气压及与催化剂接触的条件下，经裂化生成气体、汽油、柴油、重质油、及焦碳。

石油的二次加工包括，重油轻质化工艺热裂化、焦化、加氢裂化和催化裂化催化裂化，汽油的催化重整工艺。

在重质油轻质化的工艺中，热裂化的过程技术落后已经被淘汰。

加氢裂化，技术先进、产品收率高、质量好、灵活性大，但设备复杂，制造成本高、耗氢量大，从技术经济上受到一定的限制。

催化裂化是重质油轻质的主要手段，2001年底，中国的实际原油加工能力为280Mt/a，催化裂化加工能力约为100 Mt/a，催化裂化占原油加工能力之比为35.7%。

在目前我们国家的汽油中，80%来自于催化裂化。

二、催化裂化技术的发展概况催化裂化装置的工艺过程催化裂化反应是在催化剂表面进行的，分解反应生成气体汽油、柴油等分子较小的产物离开催化剂进入产品回收系统，而缩合反应生成的焦碳，则沉积在催化剂上，使其活性逐渐下降，为了使反应不断进行，就必须及时烧去催化剂表面上的积炭使之恢复活性，这一过程称为“再生”。

可见它必须包括两个过程 催化裂化自1936年实现工业化至今60多年的历史。

经过了如下发展过 ：1、固定床催化裂化1936年第一套固定床催化裂化装置投产。

1.0催化裂化催化裂化是原料油在酸性催化剂存在下，500℃左右、1× 105～3× 105Pa 在下发生裂解，生成轻质油、气体和焦炭的过程。

催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术，是炼厂获取经济效益的重要手段。

催化裂化的石油炼制工艺目的：1）提高原油加工深度，得到更多数量的轻质油产品；2）增加品种，提高产品质量。

催化裂化是炼油工业中最重要的一种二次加工工艺，是重油轻质化和改质的重要手段之一，已成为当今石油炼制的核心工艺之一。

1.1催化裂化的发展概况催化裂化的发展经历了四个阶段：固定床、移动床、流化床和提升管。

见下图：流化床在全世界催化裂化装置的总加工能力中，提升管催化裂化已占绝大多数。

移动床提升管（并列式）1.2催化裂化的原料和产品1.2.1原料催化裂化的原料围广泛，可分为馏分油和渣油两大类。

馏分油主要是直馏减压馏分油（VGO），馏程350-500℃，也包括少量的二次加工重馏分油如焦化蜡油等，以此种原料进行催化裂化称为馏分油催化裂化。

渣油主要是减压渣油、脱沥青的减压渣油、加氢处理重油等。

渣油都是以一定的比例掺入到减压馏分油中进行加工，其掺入的比例主要受制于原料的金属含量和残炭值。

对于一些金属含量低的石蜡基原有也可以直接用常压重油为原料。

当减压馏分油中掺入渣油使通称为RFCC。

以此种原料进行催化裂化称为重油催化裂化。

1.2.2产品催化裂化的产品包括气体、液体和焦炭。

1、气体在一般工业条件下，气体产率约为10%-20%，其中含干气和液化气。

2、液体产物1）汽油，汽油产率约为30%-60%；这类汽油安定性较好。

2）柴油，柴油产率约为0-40%；因含较多芳烃，所有十六烷值较低，由重油催化裂化得到的柴油的十六烷值更低，这类柴油需经加氢处理。

3）重柴油（回炼油），可以返回到反应器，已提高轻质油收率，不回炼时就以重柴油产品出装置，也可作为商品燃料油的调和组分。

4）油浆，油浆产率约为5%-10%，从催化裂化分馏塔底得到的渣油，含少量催化剂细粉，可以送回反应器回炼以回收催化剂。

摘要催化裂化装置主要由反应—再生系统、分馏系统、吸收稳定系统和能量回收系统构成，其中反应—再生系统是其重要组成部分，是装置的核心。

设计中以大庆原油的混合蜡油与减压渣油作为原料，采用汽油方案，对装置处理量为250万吨/年（年开工8000小时）的催化裂化反应—再生系统进行了一系列计算。

根据所用原料掺油量低，混合后残炭值较低，其硫含量和金属含量都较小且由产品分布和回炼比较小，抗金属污染能力强，催化剂的烧焦和流化性能较好及在此催化剂作用下，汽油辛烷值较高这些特点，故采用汽油方案。

设计中，采用了高低并列式且带有外循环管的烧焦罐技术，并对烧焦罐式再生器和提升管反应器进行了工艺计算，其中再生器的烧焦量达32500㎏/h，烧焦罐温度为680℃，稀相管温度为720℃，由于烟气中CO含量为0，则采用高效完全再生。

在烧焦罐中，烧焦时间为1.8s，罐中平均密度为100㎏/m3，烧焦效果良好。

在提升管反应器设计中，反应温度为505℃，直径为1.62 m，管长为29 m，反应时间为3s，沉降器直径为2m，催化剂在两器中循环，以减少催化剂的损失，提高气—固的分离效果，在反应器和再生器中分别装有旋风分离器，旋风分离器的料腿上装有翼阀，在提升管和稀相管出口处采用T型快分器。

由设计计算部分可知，所需产品产率基本可以实现。

关键词：催化裂化，反应器，再生器，提升管，烧焦罐，完全再生AbstractThe catalytic crack er co nstitutes reactio n-regeneratio n system、fractio n system、ab so rp tio n-stab ilizatio n system and po wer-reco very system. The mo st impo rtant and core par t o f the un it is reactio n-regeneratio n system. The DaQ ing C rude wax o il and vacuum d istillatio n resid ue are taken as feedsto ck. Th is p ap er is a series o f pro cessin g calcu latio n mainly ab o ut reactio n-regeneratio n system.With gaso line scheme, capacity is d esig ned to b e 150 Mt/a under the co nd it io n o f 8000 ho urs’ o peratin g time.After being mixed the co ntents o f b lend ing resid uu m,sulp hur and metal as well as the carb o n resid ue in feedsto ck are lo w. As the even d istrib utio n o f p rod uct, sup erio r p ro perties o f resisting metal po llut io n and the catalyst’s co ke b urnin g and flu id izatio n as well as the higher octane nu mb er o f gaso line with the functio n o f this catalyst,the gaso line scheme are taken.In the design, techno lo gy o f coke-b urning d rum with o utsid er-circulatio n tub e is ap p lied.The d rum is o f hig h-lo w parallel style. The p rocessing calculatio n is abo ut rep ro d ucer o f coke-b urn ing drum style and riser, cok e-b urnin g cap acity is 32500㎏/h,the temp eratures o f coke-b urning drum and d ilute p hase riser are respectively 680℃and 720℃. Acco unt ing that there is no carbo n mo no x ide in o ff-gase.The hig h efficient regeneratio n is app lied. In the cok e-b urning drum,the sco rch ing time is 1.8s and its average d ensity is 100㎏/m3,thus the effect o f cok e-b urning is go od.The temperature o f riser is 505℃. Its d iameter is 1.62m and the length is 29m. Wh ile its reactio n time is 3s and the d iameter o f settling vessel is 2m. Catalysts circulate in the d rum and reacto r.In o rd er to red uce the loss o f catalyst and imp ro ve the effect o f gas-so lid separatio n, cyclo nes are eq uip ped in bo th reacto r and rep ro d ucer.There is trick le vav le o n the d ip leg o f the latter,while the T-rap id separatio n un it is fitted in t he exit o f riser and d ilute p hase riser. Fro m the date, the unit can sub stantially reach the req uired y ield.Ke y wor ds: Cata lyst ic c rac k in g, Re ac to r, Re prod uc er, Rise r, Co ke-burn ing dr um目录第一章综述 (1)1.1催化裂化的历史回顾 (1)1.2我国催化裂化装置改造的新技术 (2)1.3国际上较有代表性的催化裂化新工艺 (5)1.4催化裂化技术的发展方向 (7)1.5 总结 (8)第二章设计说明 (9)2.1反应操作条件及选择依据 (9)2.2再生操作条件及选择依据 (10)第三章工艺计算 (12)3.1基础数据 (12)3.2再生部分计算 (13)3.2.1 燃烧计算 (13)3.2.2 反应器热平衡计算 (15)3.2.3 再生器热平衡计算 (22)3.2.4 再生器结构计算 (25)3.2.5 外取热器取热面积计算 (28)3.2.6 再生器藏量及烧焦强度计算 (29)3.2.7 催化剂输送管线 (30)3.2.8 密相床计算 (30)3.2.9 旋风分离器计算 (32)3.2.10预提升管计算 (36)3.2.11空气分布器的计算 (38)3.2.12辅助燃烧室计算 (39)3.2.13能量回收计算 (42)3.3反应器部分计算 (43)3.3.1 几个参数计算 (43)3.3.2 提升管尺寸确定 (43)3.3.3 沉降器和气提段尺寸计算 (48)3.3.4 汽提蒸汽管计算 (50)3.4压力平衡计算 (51)3.5滑阀开度计算 (54)第四章工艺设计计算结果汇总 (56)致谢 (59)参考文献 (60)大庆常压渣油催化裂化反—再系统设计第一章综述石油化工催化裂化技术在国内已有30多年的历史，由于催化裂化投资和操作费用较低，原料的适应性强，转化率高。

第六章催化裂化现状：(1).对轻质燃料和石油化工原料需求增长(2). 原油重质化油品的轻（重）质化通过? ?指标体现重油轻质化加氢脱碳一、催化裂化（FCC）1、概述重油轻质化的核心工艺之一。

第一套催化裂化装置1942年5月在美国投产。

至2007年底，我国催化裂化年加工能力超过1.2亿吨（仅次于美国2.8亿吨/年），且大多是重油催化（我国2005年掺炼VR 36.5 %，国外一般仅为15～20% ）。

提供了约80％的成品汽油、约1/3的成品柴油，40%的丙烯，柴汽比约0.7:1。

2. 原理重质油在分子筛催化剂、～500℃、近常压的环境下，按正碳离子机理发生裂解反应，生成轻质油、气体和焦炭。

总体上为平行－顺序反应。

反应类型：裂解、异构化、芳构化、氢转移、缩合反应－再生系统12-18m/s 不会吧？循环（～700℃）掺炼减压渣油或脱沥青油加氢后渣油掺炼焦化蜡油VGO原料掺炼常压渣油裂化气（干气＋液化气）汽油柴油焦炭（不作产品）产物产物特点干气C1-C2，含有10～20%的乙烯，它不仅可作为燃料，还可作生产乙苯、制氢等的原料。

液化气C3-C4，烯烃含量高（约占50%），平均30%以上的丙烯来自RFCC，我国约40%，丁烯作石化原料和合成高辛烷值汽油原料汽油辛烷值较高（RON～90)柴油十六烷值低（～30）且安定性差FCC是炼油-化工一体化的核心工艺之一硫含量高3．工艺流程富气柴油油浆•分馏点（一）分馏塔底设有脱过热段•进料是带有催化剂粉尘的过热油气，因此，分馏塔底设有脱过热段。

用经过冷却到280℃左右的循环油浆与反应油气经过人字挡板逆流接触，它的作用一方面洗掉反应油气中携带的催化剂，避免堵塞塔盘，另一方面回收反应油气的过剩热量，使油气由过热状态变为饱和状态以进行分馏。

•所以脱过热段又称为冲洗冷却段。

点•（二）全塔的剩余热量大而且产品的分离精确度要求比较容易满足。

因此一般设有多个循环回流：塔顶循环回流、一至两个中段循环回流、油浆循环回流。

过程控制综合实践催化裂化装置反应再生部分控制系统设计第十二组目录第一章系统分析 (1)一、工艺流程 (1)二、控制需求分析 (2)三、对象特性分析 (2)1.控制系统特点 (2)2.控制系统扰动 (2)3.控制难点 (2)第二章控制系统详细的设计 (3)一、系统变量设置 (3)二、控制回路设计 (3)三、安全联锁报警设计 (4)四、I/O表 (5)第三章设备选型与图纸绘制 (6)一、控制器选型 (6)二、调节阀选型 (6)三、测量变送装置选型 (7)四、PLC接线图 (7)1.CPU224接线端子图 (7)2.EM235接线端子图 (8)3.控制柜接线图 (8)4.控制柜柜门设计图 (9)五、系统图纸绘制 (9)1.P&ID图图纸规格 (9)2.P&ID图的内容 (9)3.P&ID图中设备 (10)4.P&ID图中管道 (10)5.P&ID图代号和图例 (10)6.其它 (10)第四章MATLAB仿真研究 (11)一、基于MATLAB的控制对象仿真 (11)1.参考模型FCC——Linear (11)2.对象特性的阶跃响应测试 (12)二、数字控制器的设计 (12)三、控制参数对控制性能的影响及参数整定 (13)1.PID的三个调整参数对控制系统的影响 (13)2.参数整定结果 (14)第五章MATLAB与组态王的DDE连接 (17)一、动态数据交换 (17)二、组态王DDE功能 (17)三、MATLAB与组态王建立连接 (17)第六章组态王监控软件的详细设计 (20)一、组态王监控软件的界面设计 (20)二、监控软件功能设计 (20)1.工艺流程画面 (20)2.总体实时监控画面 (21)3.各个回路独立监控画面 (21)4.数据报表画面 (22)5.报警画面及报警查询画面 (23)6.总控制室画面 (23)7.标签画面 (23)三、设计过程 (23)1.建立组态王新工程 (23)2.创建组态画面 (24)3.定义I/O设备 (24)4.构造数据库 (24)5.建立动画连接 (24)6.运行和调试 (24)第七章实验结果及分析 (25)一、系统使用流程 (25)二、实际运行效果 (25)1.阶跃响应实时曲线 (26)2.性能指标整理 (26)3.鲁棒性实验 (27)三、控制系统性能分析 (28)1.控制方案优点 (28)2.控制方案缺点 (28)3.模型改进 (29)第八章感受和建议 (30)一、设计感受 (30)二、遇到的一些问题 (30)第一章系统分析催化裂化（Fluid Catalytic Cracking）是原油二次加工的核心工艺。