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级
（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） 许 锋 信息科学与工程学院 自动化系（通讯作者）
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。
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。
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
图2CO助燃剂、主风对重质油操作的敏感性分析
图3取热器、外甩油浆对重质油操作的敏感性分析
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
图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。
(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，取热量和轻质油收率逐渐减小。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，所以轻质油收率增加。
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。