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催化重整全流程动态模拟及实际应用

作　者: 罗健
导　师: 张树增
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 催化重整反应动力学模型流程模拟过程优化专用模拟软件动态建模参数估计数值算法
分类号: TE624.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 112次
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内容摘要

催化重整是石油炼制过程中复杂的工艺流程之一,流程模拟与优化技术作为流程工业综合自动化技术的重要组成部分,得到了广泛应用,带来了显著的经济效益。本文围绕催化重整过程,对重整反应机理、过程模型建立、模型参数估计、过程优化等问题进行研究,建立了生产装置的动态数学模型,对企业提高生产效率,员工操作培训具有重要意义。本文主要针对该过程进行动态模拟仿真研究,将反应器、加热炉、分离罐作为单位操作工段,建立23元集总模型,将重整物料分为C6、C7、C8、C9、C10+,每一个碳数的化合物又划分为正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳烃4个集总,裂化产物C5-作为一个集总,集总组分之间主要发生加氢裂化、烷烃异构化、烷烃环化和环烃芳化,保证模型精度较高,解决了求解时无限多个微分方程才能模拟反应过程的难题,并且采用LM法优化目标函数,使用部分迭代法中的龙格一库塔法(RK)计算求解。所建立的模型,以C++为工具,使用北京化工大学研发的内置通用流程模拟系统,正确反映单元操作中的动态特性,从而为催化重整过程的设计、预测和优化提供有益的支持。在结果验证过程中,又结合ASPENPLUS平台实现了包含重整反应装置在内的催化重整全流程模拟。从实际的工业应用结果看,各主要操作点和操作指标的模拟计算值与实际操作值均吻合得较好。利用ASPENPLUS内置的SQP优化算法,还对工业连续重整装置进行了操作参数优化研究,并将优化方案在该装置上进行了现场测试。测试结果表明芳烃收率的平均值实际提高0.49%,与优化计算结果相当吻合。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章文献综述  14-28
  1.1 催化重整工业的发展  14-18
    1.1.1 催化重整工艺的进展  14-15
      1.1.1.1 催化重整工艺现状  14
      1.1.1.2 催化重整工艺的发展空间  14-15
    1.1.2 催化重整工业在国外的发展  15-17
    1.1.3 催化重整工业在国内的发展  17-18
      1.1.3.1 我国催化重整的概况  17
      1.1.3.2 我国催化重整的发展空间和制约因素  17-18
  1.2 催化重整过程模拟概述  18-22
    1.2.1 重整过程建模发展现状  18-20
    1.2.2 用于重整过程的模拟软件发展过程  20-22
  1.3 化工系统工程的任务  22-26
    1.3.1 系统优化的基本内容  22-23
      1.3.1.1 基本方法与技术路线  22-23
      1.3.1.2 与其它相关学科的关系  23
    1.3.2 化工系统工程的主要技术手段与工具  23-25
      1.3.2.1 流程模拟系统及其用途  24
      1.3.2.2 流程模拟系统的发展沿革  24-25
    1.3.3 概念、定义与分类  25-26
      1.3.3.1 模型  25
      1.3.3.2 隐式与显式代数方程及几何解释  25-26
  1.4 论文选取的目的和内容  26-28
第二章催化重整的工艺流程概述及简图  28-38
  2.1 工艺流程简述  28-38
    2.1.1 预处理部分  28-29
    2.1.2 重整部分及稳定塔部分  29-31
    2.1.3 连续重整工艺  31-35
      2.1.3.1 重整反应部分  32
      2.1.3.2 催化剂再生  32-34
      2.1.3.3 催化剂的输送  34-35
    2.1.4 工艺技术  35-38
第三章催化重整的系统分析  38-44
  3.1 入口进料的分析  38
  3.2 过程系统的分解  38-44
    3.2.1 确定反应方程式  38-41
    3.2.2 不同反应因素对反应的影响  41-44
      3.2.2.1 温度对烃类重整反应的影响  42-43
      3.2.2.2 压力对烃类重整反应的影响  43
      3.2.2.3 水碳比对烃类重整制氢反应的影响  43-44
第四章组分基础物性数据的计算  44-48
  4.1 纯组分的临界性质  44-45
  4.2 标准沸点下的液体摩尔体积的估算  45
  4.3 纯组分热力学性质的估算  45-46
    4.3.1 组分基本物性数据  45-46
    4.3.2 组成  46
  4.4 汽液传质方程  46-47
  4.5 各反应器的焓衡算和温度计算  47-48
第五章催化重整过程模型的建立  48-62
  5.1 重整反应器模型的建立  48-55
    5.1.1 二十三集总反应动力学模型的建立  48-52
      5.1.1.1 模型的求解  50-52
    5.1.2 重整径向反应器模型的建立  52-55
      5.1.2.1 数学模型的建立  53-54
      5.1.2.2 求解算法  54-55
  5.2 重整加热炉模型的建立  55-57
    5.2.1 加热炉神经网络模型结构  55-56
    5.2.2 神经网络算法  56-57
  5.3 重整分离罐模型的建立  57-58
    5.3.1 数学模型的建立  57-58
    5.3.2 重整分离模型求解算法  58
  5.6 催化重整过程流程模拟程序流程图  58-62
第六章结果与讨论  62-77
  6.1 模拟结果的比较  62-64
  6.2 操作条件对反应的影响  64-68
    6.2.1 进料空速(LHSV)  65
    6.2.2 反应温度(WAIT)  65-66
    6.2.3 氢油比(H2/HC)  66-67
    6.2.4 反应压力  67-68
  6.3 基于ASPENPLUS的催化重整全流程模拟及工业应用  68-77
    6.3.1 用户单元操作模块的建立  69-70
    6.3.2 虚拟组分的生成  70
    6.3.3 物性集的选择  70-71
    6.3.4 单元设备的选型  71
    6.3.5 用户单元操作模块与内置模块的连接  71-72
    6.3.6 全流程模型的工业验证  72-73
    6.3.7 全流程模拟的工业应用  73-75
    6.3.8 小结  75-77
参考文献  77-79
致谢  79-80
研究成果及发表的学术论文  80-81
作者和导师简介  81

催化重整全流程动态模拟及实际应用

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