40000字硕士毕业论文基于理论的催化裂化/再生系统动力学模型研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：模型,再生,催化剂

论文概述：

催化剂的类型是影响催化裂化反应动力学模型精度与外扩性的重要因素。本文给出的两种工况采用了同一类型的催化剂。因此，本文所建立的基准假组分模型对不同类型的催化剂的适应能力有待

论文正文：

第一章前言

1.1论文题目
的目的和意义在此背景下，过程模拟软件已经成为炼油厂进行过程设计、先进过程控制研究、操作优化研究和生产规划设计的必要工具。
由于炼油企业开发和维护过程模拟软件的技术人员短缺，炼油企业从过程模拟软件公司购买软件已成为普遍做法。目前，过程仿真软件采用的数学模型主要分为机理模型和经验模型(“黑盒”模型)。经验模型具有开发周期相对较短的优势。先进控制器通常是基于经验模型设计的。然而，经验模型仅适用于特定的操作范围，不能反映工业过程的非线性特征。当系统运行条件发生大范围变化时，经验模型不能保证模型的准确性。因此，大规模运行优化研究通常采用更可靠的机理模型。考虑到原料油、反应动力学和反应再生系统的非线性特性，建立了基于参比伪组分的反应再生系统机理模型。

1.2本课题相关领域的历史、现状和前沿发展

1.2.1催化裂化装置的发展和现状
自埃克森美孚公司生产的第一套催化裂化装置于1942年投产以来，反应再生系统的改进设计一直在继续。五年后，UOP引入了一个催化裂化装置，与沉降器的汽提塔部分相结合(图1-1a)。与埃克森美孚的催化裂化装置相比，UOP公司改进了再生器设计，使其更小。在UOP装置中，气化的原料油驱动再生催化剂进入固定床催化裂化反应器，而废催化剂通过重力进入再生器。1952年，草皮公司设计了模型四，如图1-1b所示。该装置采用小体积催化裂化反应器和再生器。两个反应器在高压环境下运行，再生催化剂的流速由两个反应器(反应器和再生器)之间的压差控制，废催化剂的流速由废管出口处的曝气变化控制。
提升管反应器由壳牌公司于1957年首次设计和发射。20世纪60年代，壳牌公司相继推出用于催化裂化反应的高活性沸石催化剂。此后，所有新的催化裂化装置都采用了提升管反应器。随着催化剂研究的深入，新型再生器可使再生催化剂上的焦炭含量低于0.1重量%。1978年，UOP公司设计了一套带有高效再生器的平行催化裂化装置。高效再生器包括预燃罐和小直径稀相管。催化剂和燃烧气体通过稀相管进入分离装置。1979年，埃克森美孚公司设计并推出了一种灵活的平行催化裂化装置(图1-1c)。在该装置中，提升管反应器和再生器分别处于高位和低位[3]。20世纪80年代，轻质重油产品的市场需求导致催化裂化装置设计的进一步发展。1981年，美国石油总公司开发了一套渣油催化裂化装置(R2R)，如图1-1d所示。该装置采用平行设计框架。再生器由两个没有催化剂冷凝装置的再生部分组成。此后，设计和研究主要集中在渣油催化裂化上。

第二章基准伪组分
催化裂化原料油是由多种烃和非烃化合物组成的复杂混合物。众所周知，为这种原油建立详细动力学模型的可能性等于零，只能使用近似方法。集总模型通常划分原油和油气产品(如VGO、汽油、柴油等)。)根据馏程或结构家族。通过该方法获得的原油和油气产品的馏程是固定的。但是，如果炼油厂为了提高经济效益而改变对产品分配的要求，上述集中模型将不再能够满足实际需要。只有新的模型才能重新建立，以满足炼油厂提出的新产品分配。工作量是可以想象的。同时，集总模型严重依赖于特定的原油和催化剂。如果实际工厂改变原料油或催化剂，集总模型的精度将大大降低。2007年，古普塔等人提出了一个基于伪组分的提升管反应模型。该模型包含50个具有连续馏程的假组分，切割点可以根据需要改变。为了实现动态仿真中不同原油切换的操作仿真，建立了基准伪组分动态模型。

第三章催化裂化逆再系统动力学机理模型..............................29-45
3.1提升管反应器模型..............................30-35
3.2沉降器汽提段动态模型..............................35-36 [/BR/] 3.3蓄热室动态模型..............................36-42 [/BR/] 3.4催化剂循环模型..............................42-43[/溴/] 3.5反应再生系统模型的解决方案策略..............................43-44 [/BR/] 3.6在的第4章中总结模拟结果..............................44-45
并讨论..............................45-60
4.1动态参数估计..............................45
4.2立管模型验证..............................45-53
4.3稳定性分析效果..............................53-54
4.4剂量油比开启..............................54-55
4.5反应-再生系统开环动态模拟..............................55-59[/比尔/] 4.6概述..............................59-60
第五章总结与展望..............................60-61 [/BR/] 5.1工作总结..............................60[/比尔/] 5.2工作展望..............................60-61

结论

工作总结如下:
(1)建立了一种表达催化裂化原料和产品组成的基线伪组分方法。将该表达方法应用于Gupta等人的裂化动力学模型，得到了与原油性质无关的催化裂化动力学模型。
(2)根据两相理论(气泡相、乳液相)、材料守恒和能量守恒，建立了再生器动力学模型，该模型包括气相区和固相区。建立了沉降器汽提段的动力学模型和催化剂循环模型。
(3)工业验证结果表明，本文建立的提升管反应器模型具有良好的预测能力。稳定性分析表明，本文所建立的反再系统有三种稳态，“点火”稳态是稳定的。剂油比对汽油收率、焦炭收率和提升管反应温度影响的研究表明，上述三项指标随着剂油比的增加而增加。通过动态仿真研究了原料切换操作对整个反再系统的影响。每个重要变量的动态行为都符合该机制。