面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法技术

本发明专利技术提供一种面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，属于石油化工技术领域。所述方法包括：将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分，建立集总动力学模型；以催化裂化反应装置的操作数据作为输入，通过集总动力学模型预测不同工况下m个集总组分的质量浓度数据；根据预测的所述不同工况下m个集总组分的质量浓度数据，结合对应的实测高附加值产品的化学性质指标数据，建立高附加值产品的数据预测模型，所述高附加值产品的数据预测模型用于预测所述高附加值产品的化学性质。本发明专利技术的混合建模方法，具有融合反应机理建模和数据建模方法，模型的预测精度高、运行速度快的优点。快的优点。快的优点。

【技术实现步骤摘要】
面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法


[0001]本专利技术涉及石油化工
，具体地涉及一种面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法及一种面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模装置。

技术介绍

[0002]催化裂化工艺是石油炼制经过工业中重油轻质化的重要手段之一，经过催化裂化工艺得到的催化裂化(FCC
‑
Fluid Catalytic Cracking)产品是主要的交通运输燃料。其具体过程为：烃类油料通过雾化喷嘴进入提升管反应器中，并与来自再生器的高温催化剂接触；当烃类油料混合着高温催化剂向上流动时，烃类油料会蒸发并分解为较小的分子，由于此过程中发生了裂化反应，气相的速度会随着提升管反应器高度的增加而增加，同时，裂化反应时会生成焦炭，它在高温催化剂表面沉积，从而使高温催化剂失去活性，裂化后的烃蒸气在分离器中与失活的高温催化剂分离，一部分烃类蒸汽会吸附在高温催化剂表面，并在催化剂汽提塔中用蒸汽汽提出来；将裂化后的烃类蒸汽送入精馏塔进一步分离，而失活的高温催化剂流入再生器中，在再生器中，沉积在高温催化剂表面上的焦炭被烧掉以再生催化剂，催化剂在再生过程中升温，这类经过高温的再生催化剂循环回到提升管反应器继续得到利用。整个过程中，高温催化剂也起热载体的作用，提供提升管反应器中吸热裂化反应所需的热量以及原料蒸发所需的热量。
[0003]针对提升管反应器的详细建模对于研究者来说是一项具有挑战性的任务，因为提升管反应器内不仅涉及到复杂的流体动力学和FCC进料中存在众多的未知碳氢化合物，而且提升管反应器内害同时发生了不同类型的反应。由于分析和计算的限制，原料中存在的大量未知化合物结合的催化裂化详细集总动力学模型难以用于工业规模的FCC提升管反应器的数学建模。目前主流的针对FCC提升管反应器的建模方式是使用集总动力学的方法，但是目前的方法也普遍存在着一些不足：例如集总划分不合理，过于简单的集总划分往往导致模型精度低，外推性差，以及无法获得一些性质关键指标的预测结果，而提高集总数虽然可以解决上述问题，但在实际应用过程中往往由于工业条件下分析能力以及手段有限，无法获得模型需要的参数以及变量，同时过多的集总数也往往导致计算量几何倍数增长，增加了计算负荷。
[0004]在这种状况下，利用数据驱动方法构建模型的方法就倍受青睐；数据驱动建模法从历史输入和输出信息中提取数据中的有效信息，有效地构建原始变量和新变量之间的数学关系，不用了解太多化学机理，便可以使用数据进行建模，从而把建模变得简洁高效。
[0005]但是，由于催化裂化反应工艺具有多变量、强干扰、大滞后、强耦合等特点，是一个非常复杂的大工业系统复杂性，仅依靠生产过程历史数据，很难挖掘出可以充分反映各参数变量对生产过程的影响，所建立的模型外延性不高；因此，如何通过合理设置反应组分数、反应的反应网络和数据建模方法，构建实用的催化裂化机理模型亟待解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施方式的目的是提供一种面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，以至少解决上述的现有模型预测精度低，外推性差、运行速度慢的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，包括：
[0008]将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分，建立集总动力学模型；
[0009]以催化裂化反应装置的操作数据作为输入，通过所述集总动力学模型预测不同工况下所述m个集总组分的质量浓度数据；
[0010]根据预测的不同工况下所述m个集总组分的质量浓度数据，结合对应的实测高附加值产品的化学性质指标数据，建立高附加值产品的数据预测模型，所述高附加值产品的数据预测模型用于预测所述高附加值产品的化学性质。
[0011]可选的，所述将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分，建立集总动力学模型，包括：
[0012]基于集总理论，将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分；
[0013]基于催化反应特性，针对所述m个集总组分建立n个催化裂化反应的反应网络；
[0014]根据实测的不同工况下所述m个集总组分的收率数据和所述n个催化裂化反应的反应网络，按照平推流形式建立集总动力学模型。
[0015]可选的，所述高附加值产品包括乙烯、丙烯、C5～210℃馏分；所述催化裂化反应原料类型体系包括：直馏馏分油、渣油、脱沥青油、回炼油经芳烃抽提后的抽余油、热加工馏分油、加氢处理油。
[0016]可选的，所述m个集总组分基于催化裂化馏程和族组成进行划分。
[0017]可选的，所述催化裂化反应装置的操作数据包括：原料混合系统、烟气主风系统、反应再生系统、主分馏塔及其附属流程、柴油汽提塔、吸收塔、再吸收塔、稳定塔对应的装置实际操作控制点位的数据。
[0018]可选的，所述根据实测的催化裂化产品收率数据和所述n个催化裂化反应的反应网络，按照平推流形式建立集总动力学模型，包括：
[0019]在所述n个催化裂化反应的反应网络的基础上，按照平推流形式建立集总动力学模型，表达式为：
[0020][0021]其中，Y
j
表示集总组分的质量浓度，单位为kg/kg；S表示无因次距离，且S＝s/L，s为提升管高度位置，单位为m；L为提升管总长，单位为m；K
j
为集总反应速率常数，单位为m3/(kg.h)，通过拟合催化裂化反应装置的历史操作数据得到；ρ为气体密度，单位为kg/m3；V
WH
为真实重时空速，单位为h
‑1，V
WH
＝g
进料(油+惰性物)
/g
(催化剂)
；g
进料(油+惰性物)
为进料总重量，g
(催化剂)
为催化剂重量，分别通过原料混合系统、反应再生系统得到；
[0022]在考虑催化剂结焦失活、重芳烃吸附失活、碱氮吸附失活的影响的情况下，设为催化剂失活项，包括结焦失活、重芳烃吸附失活、碱氮吸附失活，则
其中，β为催化剂结焦失活因子；X
C
为催化剂焦炭含量，单位为wt％，通过烟气主风系统得到；α为催化剂结焦失活函数指数；d
A
为重芳烃吸附失活因子，通过原料混合系统得到；X
A
为原料油残碳含量，单位为m％，d
N
为碱氮吸附失活因子，通过原料混合系统得到；X
N
为原料油碱氮含量，通过原料混合系统得到，单位为wt％；t
c
为催化剂停留时间，单位为s，通过反应再生系统得到；φ
c/o
为反应剂油比，单位为kg/kg，通过反应再生系统得到。
[0023]可选的，所述根据实测的催化裂化产品收率数据和所述n个催化裂化反应的反应网络，按照平推流形式建立集总动力学模型，还包括：
[0024]采用非线性曲线拟合和数据补偿方式，处理实测的催化裂化产品收率数据，得到实测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述方法包括：将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分，建立集总动力学模型；以催化裂化反应装置的操作数据作为输入，通过所述集总动力学模型预测不同工况下所述m个集总组分的质量浓度数据；根据预测的不同工况下所述m个集总组分的质量浓度数据，结合对应的实测高附加值产品的化学性质指标数据，建立高附加值产品的数据预测模型，所述高附加值产品的数据预测模型用于预测所述高附加值产品的化学性质。2.根据权利要求1所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分，建立集总动力学模型，包括：基于集总理论，将催化裂化反应原料类型体系划分为m个集总组分；基于催化反应特性，针对所述m个集总组分建立n个催化裂化反应的反应网络；根据实测的不同工况下所述m个集总组分的收率数据和所述n个催化裂化反应的反应网络，按照平推流形式建立集总动力学模型。3.根据权利要求2所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述高附加值产品包括乙烯、丙烯、C5～210℃馏分；所述催化裂化反应原料类型体系包括：直馏馏分油、渣油、脱沥青油、回炼油经芳烃抽提后的抽余油、热加工馏分油、加氢处理油。4.根据权利要求2所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述m个集总组分基于催化裂化馏程和族组成进行划分。5.根据权利要求2所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述催化裂化反应装置的操作数据包括：原料混合系统、烟气主风系统、反应再生系统、主分馏塔及其附属流程、柴油汽提塔、吸收塔、再吸收塔、稳定塔对应的装置实际操作控制点位的数据。6.根据权利要求4所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述根据实测的催化裂化产品收率数据和所述n个催化裂化反应的反应网络，按照平推流形式建立集总动力学模型，包括：在所述n个催化裂化反应的反应网络的基础上，按照平推流形式建立集总动力学模型，表达式为：其中，Y
j
表示集总组分的质量浓度，单位为kg/kg；S表示无因次距离，且S＝s/L，s为提升管高度位置，单位为m；L为提升管总长，单位为m；K
j
为集总反应速率常数，单位为m3/(kg.h)，通过拟合催化裂化反应装置的历史操作数据得到；ρ为气体密度，单位为kg/m3；V
WH
为真实重时空速，单位为h
‑1；V
WH
＝g
进料(油+惰性物)
/g
(催化剂)
；g
进料(油+惰性物)
为进料总重量，g
(催化剂)
为催化剂重量，分别通过原料混合系统、反应再生系统得到；在考虑催化剂结焦失活、重芳烃吸附失活、碱氮吸附失活的影响的情况下，设为催化
剂失活项，包括结焦失活、重芳烃吸附失活、碱氮吸附失活，则其中，β为催化剂结焦失活因子；X
C
为催化剂焦炭含量，单位为wt％，通过烟气主风系统得到；α为催化剂结焦失活函数指数；d
A
为重芳烃吸附失活因子，通过原料混合系统得到；X
A
为原料油残碳含量，单位为m％，d
N
为碱氮吸附失活因子，通过原料混合系统得到；X
N
为原料油碱氮含量，单位为wt％，通过原料混合系统得到；t
c
为催化剂停留时间，单位为s，通过反应再生系统得到；φ
c/o
为反应剂油比，单位为kg/kg，通过反应再生系统得到。7.根据权利要求2所述的面向增产催化裂化高附加值产品模拟的混合建模方法，其特征在于，所述根据实测的催化裂化产品...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑幸存，钟伟民，鹿志勇，隆建，徐玉棠，杨明磊，唐玲，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：