罗雄麟[1]1997年在《前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态模拟与操作分析》文中提出针对前置烧焦罐式再生器催化裂化装置加工减压瓦斯油、CO完全燃烧、再生效果极好、再生剂含碳量极低和没有内外取热系统的特点,考虑到反应器与再生器之间和再生器两段之间的互相耦连、高效再生器一段烧焦罐中气固流动的复杂性,建立了前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态机理模型,开发了Windows仿真软件平台,对装置的动态特性、稳态特性和稳定性等方面进行了详细分析和讨论。1.前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态数学模型的建立建立了反应-再生部分较为全面的动态数学模型,具有以下特点:(1)考虑到数学模型主要用于系统动态特性和控制结构的研究,模型不能过于复杂但又要有一定的准确性,裂化反应采用“原料油-柴油-汽油-气体-焦炭”五集总动力学模型,提升管气固活塞流。作者除了完善五集总动力学模型外,还对模型进行了两点改进:☆模型考虑了原料性质对裂化反应的影响,将总原料性质分解为新鲜原料油重芳烃和回炼比两个因素,从而可以考察原料油性质的变化对系统动态特性的影响关系;☆反应热一改过去采用单一总反应热数据的作法,而按集总分解为原料油、柴油和汽油等三个集总裂化反应的反应热,这样更符合化学反应方程的常规表示方法;(2)在作者等稳态模型的基础上,首次建立了烧焦罐动态模型。轴向扩散模型考虑了密度、再生温度、催化剂含碳量、催化剂含氢量和气体中氧含量等沿床高的变化;(3)对气压机前的压力模型、反应器与再生器之间的压力平衡及催化剂循环量的计算方法进行了深入的讨论,这在前人的工作中是少见的;(4)模型中考虑了纯滞后的影响。2.模型求解与仿真软件及平台的开发对分布参数模型进行了空间离散化处理,并进行仿真。为了在仿真过程中随时观察到仿真中间结果、改变输入变量和调整控制参数等,以Visual C++面向对象开发工具开发了微机上应用的Windows工作平台HERS,使用方便。3.系统动态特性分析考察了所研究系统的开环动态特性,一方面用工艺知识定性验证动态模型,另一方面为控制方案设计提供依据。开环动态特性是在控制二密相床和汽提段藏量的条件下进行的各种阶跃实验,得到如下结论(1)这类装置在控制汽提段和二密相床藏量的条件下具有良好的自衡能力;(2)对裂化反应产生较大影响的主要是两器之间催化剂外循环量和二密相再生温度,因为二者均直接与提升管底部反应起始热量有关;裂化反应又反过来影响沉降器压力和焦炭产率,二者分别影响两器之间催化剂外循环量和再生温度。这些互相影响由于彼此之间存在纯滞后,造成反应温度和反应热(被控制变量)在外部条件影响下出现反向或非反向动态响应。搞清楚这些影响关系,不论是对控制方案设计,还是手动操作,都有指导意义。
罗雄麟[2]2007年在《两段提升管催化裂化装置动态模拟与稳定性分析》文中进行了进一步梳理通过机理分析的方法建立了两段提升管催化裂化装置提升管反应-再生系统的动态数学模型,采用动态流程模拟软件gPROMS对所建立的模型进行了动态模拟。将动态机理模型线性化,得到该模型在不同操作点上的线性状态空间模型特征值,以此进行稳定性分析。结果表明,在反应温度控制开环的条件下,所研究的两段提升管催化裂化装置提升管反应-再生系统在正常的操作点是不稳定的,必须对两段提升管的出口温度进行控制以保证正常操作点的稳定操作。
赵才先[3]2010年在《基于机理分析的FCCU控制模型建立与建模软件的开发》文中认为催化裂化装置在石油加工过程中占有十分重要的地位,是当今石油炼制的核心装置之一,而反应-再生系统又是装置中最重要的部分,其反应机理和工艺动态过程错综复杂,这给工业过程控制提出了较高的要求。而先进控制算法在装置上的应用能显著提高其经济效益,但先进控制算法的实施首先需要获得装置的动态数学模型。为此不少学者在建立催化裂化装置模型上做了大量的工作。本文首先概述了催化裂化装置工艺发展过程,了解了目前炼油厂使用的主要类型,及装置工艺发展现状。催化剂是制约装置发展的主要因素之一,因此有必要对催化剂的发展做一概述,然后了解了工业过程控制在催化裂化装置上的实施情况。经过以上各方面的了解,最后选择了同轴式和前置烧焦罐式两类催化裂化装置作为研究对象。通过对两类装置工艺特点的分析,选用机理分析建模方法,把原料和产品划分为五个集总,分别建立两类装置的机理模型。由于机理模型太复杂,通过对工艺过程的分析对所建模型进行了简化,最后得到了适合于控制的控制模型。要使得到的控制模型应用于实际的装置,还需要解决两个问题:一、控制模型中的一些变量是不可测量的,需要对部分变量进行参数估计;二、目前大多数控制都是以线性系统理论为基础的,因此对所得的控制模型进行线性化处理,得到线性化状态方程。在参数估计部分,本文首先总结了参数估计的一些方法,然后针对催化裂化装置的特点选取了最小二乘方法进行参数估计,给出了同轴式装置参数估计的详细步骤。在线性化过程中,由于本文考虑了装置的纯滞后因素,并且所得的控制模型为非仿射非线性系统,因此为了处理的方便,采用了常规线性化方法即泰勒展开法,文中给出了较详细的线性化过程,最后对所得的线性化状态方程组用一组工业数据进行了仿真验证。本文最后根据前面几章的推导过程和得到的线性化方程,用Visual C++ 6.0集成开发环境,开发了催化裂化装置控制模型计算软件,软件主要包括同轴式和前置烧焦罐式两类装置测量数据输入,后台控制模型计算,动态趋势图绘制,与Excel报表通讯等几大部分。为了更方便的得到测量数据,软件开发了串口采集和OPC客户机采集两种数据采集方式。
李国涛[4]2011年在《前置烧焦式催化裂化装置的过程建模、模拟及工艺优化》文中进行了进一步梳理针对前置烧焦式催化裂化装置对原料适应性强、焦炭在没有或少量CO助燃剂作用下完全燃烧和再生剂含碳量低的特点，考虑到提升管、沉降器、一段烧焦罐和二段密相床再生器互相耦连以及一段烧焦罐气固流动复杂性，本文建立其严格稳态机理模型，并开发相应过程模拟程序。提升管模型的建立基于Gupta等的一维稳态模型，采用实组分与虚拟组分反应动力学，并与物料衡算方程、能量衡算方程与流化状态计算模型相耦合；流化状态计算基于固体颗粒团聚模型；鉴于反应网络中存在大量反应，模型方程建立采用体积单元法。沉降器模型包括自由域模型和汽提段模型；自由域中不存在化学反应，仅考虑出口旋风分离器压降效应；可汽提焦炭量的计算基于多级汽提模型，并与物料衡算方程和能量衡算方程耦合，构成汽提段模型。前置烧焦罐的流化状态计算基于固体颗粒团聚模型，耦合焦炭燃烧动力学模型、物料衡算方程和能量衡算方程，考虑出口快速分离装置压降效应。二段密相床再生器模型包括密相区模型和稀相区模型；密相区流化状态计算采用气固全混流模型，床层空隙率采用经验关联式计算，耦合焦炭燃烧动力学模型、物料衡算方程和能量衡算方程；稀相区采用纯气相平推流反应器模型，并考虑了轴向气相静压损失、气相与器壁摩擦压力损失和出口旋风分离器压降损失。基于Aspen Custom ModelerTM软件平台，开发了前置烧焦式催化裂化装置的过程模拟程序。为突破该软件难于求解拥有庞大变量总数及复杂常微分方程组数学模型的限制，对提升管模型、烧焦罐模型和二段密相床再生器稀相区模型的求解采用软件平台基础上Fortran语言补充编程的方法。本文考察了原料油流率和原料油温度等七个关键工艺参数对全装置稳态运行影响，以期为装置现场操作、工程设计及工艺优化提供有益借鉴。本文对提升管注入终止剂技术、再生器催化剂取热器技术和富氧再生技术在装置上应用进行模拟分析。提升管注入终止剂可控制高温条件油气与催化剂接触时间，装置产品分布能够得到调节。再生器增设取热器，调节取热器负荷，可控制提升管原料油进口处气固平衡温度和装置剂油比。富氧再生技术应用强化了再生器烧焦能力，改善了装置平衡剂活性及选择性。三种技术优劣互补、互相配合所形成的新型组合工艺，提高了装置操作灵活性，可达到装置剂油比可控、油气裂化反应温度可控、高温条件油气与催化剂接触时间可控及强化再生器再生效果的目的。
罗雄麟, 袁璞, 林世雄[5]1999年在《催化裂化装置的动态模拟与操作分析》文中研究说明催化裂化装置的动态模拟和操作分析是优化操作和先进控制的基础。在强调催化裂化动态机理模型的优点后，对二级裂化反应转化率经验模型和集总反应动力学模型两大类动力学模型、再生过程中烧碳、烧氢动力学模型、床层再生器流化模型、快速床再生器流化模型和反应器 再生器动态数学模型进行了详细的评述，并指出运用动态机理模型对装置操作进行分析，特别是装置稳定性分析可以为催化裂化装置的设计、操作和控制提供依据
邵帅[6]2008年在《R2R型催化裂化装置反—再系统的建模与动态仿真》文中研究表明本文利用机理分析法建立了R2R型(双段再生)催化裂化反应-再生系统的动态数学模型。本数学模型分为6个部分,分别为提升管反应器、气提分离器、一段再生器、稀相管、二段再生器和控制系统。提升管反应器部分采用六集总动力学模型,建立了以长度为微元的拟稳态模型;稀相管部分与提升管反应器部分同为管式反应器,也采用拟稳态模型;针对气体分离器、一段、二段再生器,本文简化为均匀搅拌槽(CST),建立了它们的集中参数模型。所不同的是,气体分离器中不考虑裂化反应,而两再生器中进行烧炭和烧氢的烧焦反应;根据各个重要变量之间的关系,针对反应-再生系统的控制策略进行了设计,本控制策略包括6个控制回路,本文利用增量式PID控制算法分别对其进行了控制。本文利用Matlab对数学模型进行求解,并对其进行了动态仿真。仿真结果说明了反-再系统数学模型的有效性。本文通过对R2R型催化裂化装置的建模与仿真,使模型与操作情况紧密结合,为编制生产计划,分析装置运行状况,优化生产操作,提高产品收率提供了理论参考,在实际生产中对装置具有指导作用,为今后模型的不断改进奠定了理论基
杜殿林[7]2006年在《FCCU反—再系统基于神经网络和SDG模型的混合故障诊断系统研究与开发》文中研究表明流化催化裂化装置(Fluidized Catalytic Cracking Unit简称FCCU)是石油加工过程中深度加工的关键装置，其工艺结构复杂，变量关联、耦合，为了实现FCCU生产过程的“安、稳、长、满、优”，系统的安全性、可靠性和有效性变得越来越重要和突出。因此，研究和开发FCCU的故障诊断技术有着非常重要的理论意义和实用价值。神经网络模型用于模拟人脑神经元活动的过程，是一种由大量简单的高度互连的神经元组成的并行计算系统，在函数逼近、模式识别、故障分类、诊断等领域，表现出强大的生命力。基于符号定向图SDG(Signed Directed Graph)的定性仿真技术采用基于深层知识模型的推理机制，是一种完备的揭示系统潜在危险以及故障在系统中传播规律的有效方法。近年来，SDG在石油化工领域中的安全评价方面取得了重大进展，基于SDG的故障诊断方法与技术也成为当今的研究热点。由于实际诊断问题的复杂性和各种诊断方法所固有的局限性，只应用一种诊断方法就完全解决实际对象的诊断问题几乎是不可能的。因此，同时应用多种方法形成混合的故障诊断系统来进行综合诊断是非常必要的。由于故障诊断进行的是过程系统在故障状态下的特殊行为特性的研究，受到工业现场连续生产不允许进行危险试验的限制，建立FCCU的动态机理数学模型、开发仿真平台、产生各种非正常及故障工况场景，是开展故障诊断技术研究的有效基础和必备条件。本文主要以催化裂化装置中最为复杂、也最为关键的反应-再生系统为研究对象，依托所建立的系统动态仿真平台，分别研究、开发了神经网络故障诊断系统、SDG定性模型及SDG故障诊断系统，并将它们集成到一起，形成了一种既高效又完备的混合故障诊断系统。主要工作和取得的成果如下：1、建立、完善了高效烧焦罐式催化裂化装置反应-再生系统的动态机理非线性数学模型，不仅精度高，而且有大范围的适应性，模型鲁棒性强，除了满足正常运行状况(稳态工作点附近)模型准确外，注入事故和非正常工况下，模型仍具有一定精度。2、利用VC++6.0的MFC类库面向对象编程，在WINDOWS操作系统下开发了系统仿真平台软件，多文档界面(MDI)，消息驱动，界面规范、友好，功能丰富，操作方便。3、将FCCU反应-再生系统所可能发生的16种故障和非正常工况进行归纳分类，分为设备损坏类故障4种(如：原料油泵停等)、人为误操作类故障8种(如：雾化蒸汽量误操作减少等)和工艺异变类故障4种(如：催化剂活性降低等)。在系统仿真软件上，对16种故障和非正常工况进行了仿真实验和案例研究，制造了不同故障下的仿真“剧情”，获取了大量的故障数据，为后续的故障诊断研究作好了充分的准备。4、利用MATLAB的神经网络工具箱，研究了常用的BP算法和RBF算法，针对化工装置故障诊断的在线应用和实时应用的要求，主要研究了神经网络的快速训练和动态特性，提出了改进的算法，MATLAB仿真结果表明了改进算法的有效性和实用性。5、利用VC++和MATLAB混合编程，在VC++中启动调用MATLAB计算引擎，开发了WINDOWS操作系统下的故障诊断软件，操作界面、数据接口、算法选择、任务调度和管理等由VC++来编程实现，神经网络核心算法由MATLAB工具箱完成，充分发挥了VC++的可视化和MATLAB的矩阵计算优势。软件具有神经网络离线训练学习和在线故障诊断的功能。6、采用定量数学模型和经验知识相结合的方法，选取了64个关键变量，建立了FCCU反应-再生系统的SDG定性深层知识模型，直观充分地揭示了反应-再生系统各变量间复杂的前后影响和因果关联，模型中考虑了催化剂循环量、目标产品产量和自保联锁等因素，这在以前的文献中未见报导。7、利用计算机模拟与安全工程研究室开发的SDG故障诊断软件，对所建立的反应-再生系统的SDG故障诊断模型进行了仿真，16种案例实验结果显示了本文所建的SDG模型具有较高的完备性和实用性。8、提出并完成了一种全新的混合故障诊断系统：将FCCU反应-再生系统动态仿真平台系统、神经网络故障诊断软件和SDG故障诊断系统通过通讯接口集成到一起，形成了一种全新的混合故障诊断系统，成功地进行了大量非正常工况和故障“诱发”和实时在线故障诊断试验，对本文建立的数学模型和提出的故障诊断方法进行了有效的实验室级验证。这种集成的故障诊断技术充分发挥了SDG系统“高层”推理的优势和神经网络“低层”处理的长处，两者的有机结合保证了系统整体的高诊断性，神经网络保证了诊断的高效性，SDG系统则保证了诊断的完备性，这对于复杂系统的诊断，尤其是实时诊断是非常适用的。
陈玉石[8]2007年在《FCCU反应再生部分动态建模与仿真系统研究》文中提出催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺,国内外对催化裂化反应再生系统的研究十分活跃,其中大量研究工作是关于工艺参数的变化对反应过程的影响,但反应-再生器是一个多参数,非线性、时变及多变量紧密耦合的复杂系统,为此就要建立能反映其化学反应规律的动力学模型,分析和研究反应再生系统动态特性,对其进行设计改进、参数优化以及自动控制系统的建立、控制系统的可靠运行至关重要。本文基于以上原因,在综合考虑了物料衡算、能量衡算等方程的基础上,采用机理建模方法,建立了催化裂化反应再生系统的动态简化数学模型。在提升管反应器的建模过程中采用五集总(原料油,柴油,汽油,气体,焦炭)动力学模型,再生器采用烧焦罐烧碳反应动力学模型,烟气耗氧动力学模型,再结合提升管二段反应温度,再生催化剂温度方程构建成了反应再生系统数学模型。为了解决反应动力学参数,利用某工厂催化裂化装置的现场数据,引用工程数学软件MATLAB7.0中Nelder-Mead单纯形法,然后对求得动力学参数代入模型中进行验证,再通过MATLAB中ODE15s算法对反应再生系统模型进行仿真模拟,得出结果与现场采集到的数据能够基本吻合。随后,对提升管反应器模型进行简化,根据反应几乎是在瞬间完成的特点,忽略反应的动态过程,简化后的模型仍然可以很好地反映反应再生系统的动态特性。最后,本文根据上述简化的动态模型,在本实验室开发的XD-APC软件平台软件上组态,创建了反应再生仿真系统,完全模仿实际工业装置的计算机控制过程,并分析研究了催化剂流量、反应温度、进料量以及空气流量对整个系统的动态响应,其结果与实际工业的变化趋势一样,再次证明模型总体上可以正确地反映反应再生系统的动态特性,可以用来作为逼真的虚拟环境来实现工业过程的仿真研究。
张惊端[9]2010年在《催化裂化反再系统动态建模与仿真平台开发》文中指出针对实际工业系统建立准确适用的动态模型及仿真是研究复杂生产过程动态特性和优化控制的基础。催化裂化是以重油为原料,反应生成汽油,柴油及液化气等轻质产品的一项重要炼油工艺。其中的核心装置反应再生系统具有非线性、多变量、强耦合等特点。为此,本论文以某石化企业的反再装置为研究对象,对催化裂化反再系统的建模及仿真平台应用问题进行了研究,主要工作如下：首先,针对催化裂化过程的提升管反应器装置和并列式双器两段再生新工艺,在物料和能量守恒的基础上,用机理建模的方法,建立了由五集总反应动力学模型和并列式双器两段再生器模型构成的反应再生系统动态机理模型；为了解决所建立的催化裂化五集总模型中动力学参数未知的难题,将参数估计问题转化成为了无约束凸二次优化问题,采用Marquardt改进算法,用实际的工业数据完成了动态模型参数优化估计。然后,利用4阶Runge-Kutta法对模型求解,得到了各集总组分分布图及主要变量稳态值,均同实际设计数据相吻合。采用工业数据进一步比较了裂化产品产率的模型计算值和实际产率之间的偏差,结果表明,该模型具有较高的精度。最后讨论了操作条件包括新鲜原料处理量,剂油比、反应温度等对产率和再生器变量的影响,以及一再主风变化时系统的动态响应。最后,利用所建立的动态模型,设计开发了催化裂化反应再生系统的动态仿真平台。平台采用OPC技术实现MATLAB和WinCC组态软件通信,具有流程动态显示、参数设置、趋势显示等功能,界面友好,实用性强,为先进控制和操作优化提供了支持。
冯静[10]2015年在《催化裂化反再过程仿真机理模型的研究》文中认为催化裂化是重质油轻质化的重要技术,也是炼厂提高经济效益的关键装置。仿真平台的应用对工艺参数优化和设备性能改进提供了支持。由于其针对性强,外推能力差,课题组前期基于反应机理开发了适用于两段提升管催化裂化新工艺的三模块模型仿真平台,但是建模过程中进行了简化,应用了许多经验参数,不利于考察某些操作参数的影响;另外建模中没有考虑催化剂流动过程中的磨损,不利于对催化剂的跑损进行定量分析。在课题组现有三模块模型的基础上,选择并引入了汽提段的汽提效率模型和气固分离器的分离效率模型,利用MATLAB进行编程计算,并针对某些变量对工艺过程的影响进行了讨论;同时,考虑催化剂的磨损速率及粒径分布模型,对催化剂的流动过程进行了单独编程建模,对催化剂的磨损进行了定量分析。利用汽提效率模型计算表明,汽提蒸汽的用量增多、催化剂的循环量减小以及汽提段入口温度升高,均有利于提高汽提效率、减少汽提碳的含量;根据气固分离器的分离效率模型计算表明,旋分入口气速增大,分离效率增加、催化剂跑损量减小;计算分析汽提蒸汽量对反应温度和原料油的转化率等的影响,与实验现象吻合。对催化剂磨损过程建模,将整个反应-再生系统分为两个提升管反应器、一个再生器和三个旋风分离器总共6个模块,考虑分布板射流区、鼓泡区和旋分区3个磨损源,并且针对不同的磨损区域和磨损机制进行单独研究。定量分析催化剂在各区域的磨损速率和粒径分布,结果表明随表观气速的不同,占主导地位的磨损源也不同,颗粒群的磨损不仅与粒径相关,还与颗粒质量分布相关。由于磨损和旋分的分离作用,催化剂颗粒平均粒径增大,但随卸剂和新鲜剂的补充,增幅逐渐减小,系统趋于稳态。同时,新鲜剂进入到系统初期会有一个快速磨损阶段,磨损速率比稳态磨损阶段高约3个数量级。
参考文献：
[1]. 前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态模拟与操作分析[D]. 罗雄麟. 中国石油大学. 1997
[2]. 两段提升管催化裂化装置动态模拟与稳定性分析[J]. 罗雄麟. 石油学报(石油加工). 2007
[3]. 基于机理分析的FCCU控制模型建立与建模软件的开发[D]. 赵才先. 中国石油大学. 2010
[4]. 前置烧焦式催化裂化装置的过程建模、模拟及工艺优化[D]. 李国涛. 天津大学. 2011
[5]. 催化裂化装置的动态模拟与操作分析[J]. 罗雄麟, 袁璞, 林世雄. 石油大学学报(自然科学版). 1999
[6]. R2R型催化裂化装置反—再系统的建模与动态仿真[D]. 邵帅. 北京化工大学. 2008
[7]. FCCU反—再系统基于神经网络和SDG模型的混合故障诊断系统研究与开发[D]. 杜殿林. 北京化工大学. 2006
[8]. FCCU反应再生部分动态建模与仿真系统研究[D]. 陈玉石. 厦门大学. 2007
[9]. 催化裂化反再系统动态建模与仿真平台开发[D]. 张惊端. 大连理工大学. 2010
[10]. 催化裂化反再过程仿真机理模型的研究[D]. 冯静. 中国石油大学(华东). 2015
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