專利名稱:催裂化裝置常規(guī)再生的再生煙氣成份動(dòng)態(tài)軟測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及催裂化co常規(guī)再生動(dòng)態(tài)機(jī)理模型和焚燒爐熱量平衡模型,屬于
石油化工催裂化生產(chǎn)和生產(chǎn)過(guò)程軟測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù):
催化裂化是石油煉廠從重質(zhì)油生產(chǎn)汽油的主要過(guò)程之一,是在熱和催化劑 的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等的過(guò)程。原料
采用原油蒸餾(或其他石油煉制過(guò)程)所得的重質(zhì)餾分油;或重質(zhì)鎦分油中混 入一定比例的渣油,經(jīng)溶劑脫瀝青后的脫瀝青渣油;或全部用常壓渣油或減壓 渣油。
在反應(yīng)過(guò)程中由于不揮發(fā)的類碳物質(zhì)沉積在催化劑上,縮合為焦炭,使催 化劑活性下降,需要用空氣燒去(見(jiàn)催化劑再生),以恢復(fù)催化活性,并提供裂 化反應(yīng)所需熱量;這便是催化裂化的再生過(guò)程,是在再生器內(nèi)完成。
再生器內(nèi)的再生過(guò)程,根據(jù)CO燃燒程度分為完全再生和常規(guī)再生。完全再 生不含有CO,而常規(guī)再生含有CO,并隨煙氣排送至再生器外的焚燒爐轉(zhuǎn)換為熱 能。常規(guī)再生的CO含量需要嚴(yán)格控制,不然會(huì)有嚴(yán)重的安全問(wèn)題。
因此需要對(duì)再生過(guò)程中的CO含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)以下變量的實(shí)時(shí)檢測(cè) 對(duì)于整個(gè)過(guò)程的控制和決策制定都有重要作用煙氣中C02含量、水蒸氣含量、 再生催化劑循環(huán)量、總生焦量、生焦率、待生催化劑定碳、再生催化劑定碳。
當(dāng)前實(shí)時(shí)測(cè)量面臨的問(wèn)題如下
由于被觀測(cè)量的不可測(cè)或測(cè)量手段的原因,當(dāng)前無(wú)法對(duì)上述質(zhì)量指標(biāo)實(shí)現(xiàn)
在線實(shí)時(shí)測(cè)量,無(wú)法滿足在線控制要求。其中
1 、煙氣中CO含量、煙氣中C02含量、煙氣中水蒸氣含量可以采用在線分
析儀進(jìn)行測(cè)量,但在線分析儀價(jià)格昂貴, 一般采用的較少。目前工廠主要采用
離線化驗(yàn),化驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng),往往需要3小時(shí)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能取得分析結(jié)果;化驗(yàn)頻率少, 一般兩三天做一次化驗(yàn)。
2 、再生催化劑循環(huán)量、總生焦量、生焦率現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有測(cè)量手段
3 、待生催化劑定碳、再生催化劑定碳采用離線實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn) 由于CO的濃度的估計(jì)對(duì)再生器安全運(yùn)行具有有重要指導(dǎo)作用,并且也是在
線計(jì)算再生煙氣成份和其它像再生催化劑含量、生焦率等反應(yīng)再生過(guò)程不可測(cè) 量變量所必需確定的重要操作變量,所以常規(guī)再生的過(guò)程,必須對(duì)CO的濃度實(shí) 施在線檢測(cè);而在線分析儀由于價(jià)格昂貴采用不多,并且在線分析儀的分析時(shí)
間相對(duì)較長(zhǎng),對(duì)于短時(shí)間內(nèi)的突發(fā)情況反映滯后。
在這種情況下,可以考慮目前化工生產(chǎn)常采用的軟測(cè)量方法。軟測(cè)量的工 作原理,就是在硬件傳感器進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)的基礎(chǔ)上,利用各種在線可測(cè)的過(guò)程 變量(即,輔助變量)與在線不可實(shí)測(cè)或難測(cè)的質(zhì)量指標(biāo)(即,主導(dǎo)變量)的 關(guān)系,通過(guò)軟件計(jì)算,實(shí)時(shí)得到主導(dǎo)變量的測(cè)量值。構(gòu)造軟測(cè)量的實(shí)質(zhì),就是 建立輔助變量與主導(dǎo)變量的關(guān)系。從數(shù)學(xué)上講,就是一個(gè)建模問(wèn)題。
在線軟測(cè)量部分解決了當(dāng)前測(cè)量手段的不足,使得在線控制成為可能。
在該常規(guī)再生的CO軟測(cè)量中,目前采用的方法通常有熱量平衡模型或內(nèi)部 動(dòng)態(tài)機(jī)理模型,由于對(duì)于全生產(chǎn)過(guò)程的信息利用缺失,測(cè)量效果都不夠理想。 一方面,由于不同工況相差較大,很難計(jì)算出合適的內(nèi)部動(dòng)態(tài)機(jī)理模型,其與 實(shí)際工況的偏差往往較大,造成測(cè)量精度較差;即使通過(guò)在線校正的方法進(jìn)行 修正,也難以對(duì)于模型結(jié)構(gòu)方面的偏差給與正確校正。另一方面,對(duì)于熱量平 衡模型,由于再生器煙氣的組分未知,所以難以得到煙氣的平均熱值,由此的 熱量平衡計(jì)算缺乏必要的初始估計(jì),因此實(shí)際精度也不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)co不完全再生的催裂化過(guò)程,提供對(duì)再生器內(nèi)再生煙氣
成分的動(dòng)態(tài)軟測(cè)量方法。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明基于再生器內(nèi)部機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型和外部CO焚燒
爐熱量平衡,采用結(jié)果代入和模型修正的雙向反復(fù)迭代過(guò)程,使常規(guī)再生的co
濃度軟測(cè)量達(dá)到要求精度;同時(shí),本方法給出過(guò)程中的相關(guān) 他變量,為生產(chǎn)操作決策提供有效的生產(chǎn)過(guò)程操作狀況的實(shí)時(shí)信息;為了滿足長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí) 檢測(cè),本方案設(shè)計(jì)在線校正,利用化驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)修正,從而動(dòng)態(tài)跟 蹤現(xiàn)場(chǎng)工況,實(shí)現(xiàn)軟測(cè)量的長(zhǎng)期性和良好的適應(yīng)能力。
本發(fā)明的特征在于,是在上位機(jī)上按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的
步驟(l)所述上位機(jī)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)RTDB在線地從分布式控制系統(tǒng)DCS 取得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)LIMS取得化驗(yàn)數(shù)據(jù),其中,
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)至少包括再生器內(nèi)溫度,主風(fēng)流量,原料進(jìn)料量,反應(yīng)器出口 溫度,
化驗(yàn)數(shù)據(jù)至少包括CO含量,C02含量,再生定碳,待生定碳; 步驟(2)建立再生器機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型,并基于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù),
在線按以下步驟進(jìn)行計(jì)算
步驟(2.1)得到含有總耗氧速率Ro(kd)的方程,具體求解Ro(kd)需要和步驟
(2.2)的方程聯(lián)立,
i C 0.21i al(、)-i a2(k)w。,(、)
0.21i al(、)-7 。2W(( w。。(A + l))-議尸(-iUA:)7:/^) w。。(A:》,m3/h
一
其中,、"-VK, Ral:再生器進(jìn)口總風(fēng)量,m3/h,
Ra2:再生器出口煙氣量,m3/h,
Ro:耗氧速率,m3/h,
w。。再生器出口煙氣氧含量,%,
氣進(jìn)再生器稀相氧含量,%,
k:表示第k個(gè)離散時(shí)刻,
Ts:采樣時(shí)間,h,
Vrg:再生器稀相容積,m3,
Td:煙氣進(jìn)入再生器稀相到離開(kāi)再生器的延時(shí)時(shí)間,h,
步驟(2.2)按下式估計(jì)再生煙氣的組成性質(zhì),其中包括再生器出口煙氣比 熱和再生器出口煙氣密度,再生器出口煙氣比熱
C。2 = CC02 x wc。2 + Cco x wco + C。2 x + CH2。 x ,0 + CN2 x ,J/kg/°C
再生器出口煙氣密度
"。2 = A:o2 x "co2 + Pco x "co + Po2 x + x ,o + /\ x ,kg/m3
其中,再生器出口煙氣的一氧化碳含量^。="c。/i a2, %,
再生器出口煙氣的二氧化碳含量%。2=+。2/凡2, %,
再生器出口煙氣的水蒸氣含量,。=",/&, %,
再生器出口煙氣的氧氣含量 =M。2/i 。2, %,
再生器出口煙氣的氮?dú)夂?。=1-^。2-^。2-^。-wH2。, %,
再生器出口煙氣的一氧化碳流量
=i 。(1 /(1 +仰/((0.5 +/(1 + 〃) + 3a) , m3/h,
"為再生反應(yīng)煙氣中C02與CO之比,其值將通過(guò)迭代校正的方法逼近真值,初始值由下式估計(jì)
"=1 OiT[l + _ 793) x 0.001797], r > 793/:
T:再生反應(yīng)溫度,°C,P:再生反應(yīng)壓力,N/m2,Y:氧的摩爾分?jǐn)?shù),%,
"具體迭代校正的過(guò)程將在步驟(4)中介紹,
再生器出口煙氣的二氧化碳流量
w(.02 = /(I + / )) /((0.5 +々)/(l + / ) + 3a) , m3/h,
再生器出口煙氣的水蒸氣流量"H2。=6c^o/(((0.5 + / )/(l + ") + 3") , m3/h,再生器出口煙氣的氧氣流量%2=i a2xw。2, m3/h,再生器出口煙氣的氮?dú)饬髁縙=0.79^, m3/h,再生器出口煙氣總流量i 。2 = wH2。 + wc。2 + wc。 + w。2 + wN2 , m3/h,上式中除N2外,其它氣體的流量都用Ra2來(lái)表示,將上式和步驟(2.1)中關(guān)于耗氧速率的方程聯(lián)立,這樣可以解出Ra2和耗氧速率Ro再生器出口煙氣比熱,J/kg/°C,
c02:二氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/°C ,
Geo:一氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/°C ,
c。2:氧氣比熱,J/kg/°C,
c 水蒸氣比熱,J/kg/°C,cN2:氮?dú)獗葻?,J/kg/°C,
再生器出口煙氣密度,kg/m3,
Pco2 :二氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3,
Pco:一氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3 ,
Po2 :氧氣密度,kg/m3,
Ph2o :水蒸氣密度,kg/m3
Pn2 :氮?dú)饷芏?,kg/m3,
步驟(2.3)按下式估計(jì)待生催化劑循環(huán)量Rd、再生催化劑循環(huán)量Rc2,kg/h,
《,,-&2 =,)-//(vi))/7;'
g(.=《.2cct;.2 - i clccrn =込)-a -込-込-2 -"
Rc1:待生催化劑循環(huán)量,kg/h,Rc2:再生催化劑循環(huán)量,kg/h,
H:再生器藏量,kg,
Qc:催化劑帶走熱量,J/h,
TC1:進(jìn)再生器的催化劑溫度,°C,
Ta:出再生器的催化劑溫度,°C,
Q0:單位時(shí)間總燒焦熱,J/h,
Qa:煙氣帶走熱量,J/h,
熱散失,J/h,QT:脫附熱,J/h,QD:動(dòng)態(tài)蓄熱,J/h,Qq:取熱器散熱,J/h,步驟(2. 4)估算總生焦量We生焦率-
『r. :i oX丄(0.5 + 〃+3")x12("22.4 l + p
kg/h
尺
%
其中,"為吸附在催化劑上的焦炭的氫、碳質(zhì)量比,為已知值,
步驟(2.5)估算待生定碳Ci和再生定碳C
Q(、) = ^。2"^凡(、)l0g(21/w。M(^))/((-份g附(、)(C) + 。X、2 "廳XM,
x £_YP(-£C5 / i (7Vg(、 ))) - log(21 / <y0M (、 )) x / 。 x 、02 x EAT(-五C5 / i (7V她
%
.rgm.
P
Pa:
kD02:
kR02:ECB:T .
c,=
再生器密相氧氣含量,再生器密相藏量,kg,
再生器內(nèi)表壓,N/m2,大氣壓,N/m2,擴(kuò)散系數(shù),反應(yīng)速率系數(shù),活化能,kJ,再生器溫度,°C,
計(jì)算時(shí)用氣近似,%,
DHC:單位時(shí)間的生焦量,t/h;
步驟(3)建立再生器外部焚燒爐熱量平衡模型,細(xì)估CO含量-(
中通入瓦斯輔助燃料的條件下
r<9
在焚燒爐
W/7
P。2
Ra2:
c
o2
T
再生器出口煙氣密度,kg/m3,再生器出口煙氣流量,m3/h,再生器出口煙氣比熱,J/kg/°C,出焚燒爐的煙氣溫度,°C,
%Tsi:進(jìn)焚燒爐的煙氣溫度,°C,
Raa:通入焚燒爐的空氣流量,m3/h,Caa:空氣比熱,J/kg/°C, 瓦斯密度,kg/m3,&。瓦斯流量,m3/h,
^P:瓦斯比熱,J/kg/°C,
進(jìn)焚燒爐前的瓦斯溫度,°C,
《"瓦斯的熱值,J/m3,&。 一氧化碳密度,kg/m3,
&。
一氧化碳熱值,J/kg;
步驟(4)迭代校正過(guò)程,
步驟(4.1)通過(guò)焚燒爐熱量平衡,計(jì)算得到更加準(zhǔn)確的CO含量,再利用該CO含量計(jì)算出更準(zhǔn)確的"值,
步驟(4.2)采用步驟(4.1)得到的更新后的"值,對(duì)再生器的各煙氣成分,包括一氧化碳,二氧化碳,氧氣,氮?dú)夂退魵?,按照步驟(2)進(jìn)行重新估計(jì),得到新的煙氣比熱和密度,
步驟(4.3)把步驟(4.2)得到的新的煙氣比熱和密度,代入步驟(3)中的焚燒爐熱量平衡模型,反復(fù)迭代直至收斂,然后送到DCS顯示和使用,收斂條件為
K:。(k)-"(k-^"(。(k)…當(dāng)前步再生co濃度計(jì)算值,A。(k-1)…上一步再生co濃度計(jì)算值,
按照實(shí)際生產(chǎn)的精度要求設(shè)定,0.1%-0.5%;步驟(5)根據(jù)包括CO含量,C02含量,再生定碳,待生定碳的化驗(yàn)值,在線校正上述各量的估計(jì)值,利用尋優(yōu)方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)際工況變化的目的,
步驟(5.1)將化驗(yàn)結(jié)果直接輸入至上位機(jī)中,手工選擇化驗(yàn)結(jié)果的日期和時(shí)間,程序?qū)⒏鶕?jù)輸入的日期和時(shí)間,査找到對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù),歷史數(shù)據(jù)包括當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)變量和估計(jì)值,
步驟(5.2)比較化驗(yàn)數(shù)據(jù)和估計(jì)值,將偏差補(bǔ)償于原模型中,步驟(5.3)在程序中手工設(shè)定新歷史數(shù)據(jù)時(shí)間T,和總歷史數(shù)據(jù)時(shí)間T2, T2>T,,每輸入時(shí)間跨度達(dá)到T,的化驗(yàn)數(shù)據(jù),程序?qū)?duì)最近T2時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù),按照步驟(2)到步驟(4)的過(guò)程,進(jìn)行新的參數(shù)估計(jì),從而有效跟蹤當(dāng)前的工況動(dòng)態(tài)變化。
上述技術(shù)方法具有如下效果通過(guò)基于再生器內(nèi)部機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型和外部CO焚燒爐熱量平衡,采用結(jié)果代入和模型修正的雙向反復(fù)迭代過(guò)程,不斷提高常規(guī)再生的CO濃度軟測(cè)量精度,并使其達(dá)到生產(chǎn)要求;通過(guò)給出過(guò)程中的相關(guān)其他變量,為生產(chǎn)操作決策提供了有效的生產(chǎn)過(guò)程操作狀況的實(shí)時(shí)信息;通過(guò)在線校正,利用化驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)修正,動(dòng)態(tài)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)工況,實(shí)現(xiàn)了軟測(cè)量的長(zhǎng)期性和良好的適應(yīng)能力。
圖l是本發(fā)明實(shí)施例的再生煙氣成份在線動(dòng)態(tài)軟測(cè)量流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例的再生煙氣成份在線動(dòng)態(tài)軟測(cè)量總體實(shí)現(xiàn)原理圖3是本發(fā)明實(shí)施例的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明,但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的特征在于該方法采用聯(lián)合利用再生器機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型和外置CO焚燒爐部焚燒爐熱量平衡,以及基于機(jī)理分析的在線實(shí)時(shí)工藝計(jì)算技術(shù)與動(dòng)態(tài)模型觀測(cè)計(jì)算相結(jié)合的特殊方式,實(shí)現(xiàn)了催裂化裝置再生器不可測(cè)量變量的動(dòng)態(tài)軟測(cè)量,包含1)再生器內(nèi)部機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型建立,2)再生器外部CO
焚燒爐熱量平衡模型建立,3)迭代校正過(guò)程,4)在線校正過(guò)程四個(gè)模塊,其
總體實(shí)現(xiàn)方案流程圖和總體實(shí)現(xiàn)原理圖參見(jiàn)附圖1和附圖2,包含以下步驟1、步驟l:建立再生器機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型,基于生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù),進(jìn)行在線計(jì)算
再生器內(nèi)部的反應(yīng)方程
1 + " ; 2 l + " 2 1 + / 公式o一i
其中,"為再生反應(yīng)煙氣中C02與CO之比,"為吸附在催化劑上的焦炭的氫、
碳質(zhì)量比,為已知值。
據(jù)國(guó)內(nèi)研究者實(shí)驗(yàn)結(jié)論,"與再生反應(yīng)中的溫度、氧分壓有如下關(guān)系- = 10, + (T -793)x 0.001797],r > 793夂 公式0隱2
T:再生反應(yīng)溫度,°C,P:再生反應(yīng)壓力,N/m2,Y:氧的摩爾分?jǐn)?shù),%,步驟如下
1)步驟l.l:得到含有總耗氧速率Ro的方程,具體求解Ro需要和步驟G.2)
的方程聯(lián)立。
由于在線分析儀可以測(cè)得再生器出口煙氣氧含量,所以模型計(jì)算以耗氧速率為入口。耗氧速率取決于進(jìn)入再生器的空氣氧含量和同時(shí)進(jìn)入再生器稀相的煙氣氧含量(假設(shè)反應(yīng)都在密相中進(jìn)行)。測(cè)氧儀測(cè)得的氧含量并非剛進(jìn)入再生器稀相的氧含量,并且再生器稀相具有動(dòng)態(tài)積蓄。
設(shè)延時(shí)時(shí)間為Td,采樣時(shí)間為i;,稀相容積為Vrg,進(jìn)口煙氣總風(fēng)量為Rd,再生器出口煙氣量為Ra2,再生器出口煙氣氧含量為《。。,進(jìn)再生器稀相氧含量氣,那么有如下動(dòng)態(tài)方程
^X^^^。2(,)(氣("。—"。。(0) 公式0 —3
t:當(dāng)前時(shí)刻
離散化后可得總耗氧速率,m3/h:i 。(、)= 0.21i 。,(、)-W。2(k)w。,(、)
_ l-闊《艦 )
公式0 -4
Ral:再生器進(jìn)口總風(fēng)量,m3/h,
Ra2:再生器出口煙氣量,m3/h,
R0:耗氧速率,m3/h,
氣再生器出口煙氣氧含量,%,
氣進(jìn)再生器稀相氧含量,%,
k:表示第k個(gè)離散時(shí)刻,
Ts:采樣時(shí)間,h,
Vfg:再生器稀相容積,m3,
Td:煙氣進(jìn)入再生器稀相到離開(kāi)再生器的延時(shí)時(shí)間的延時(shí)時(shí)間,h,2)步驟1.2:估算煙氣組成
利用催化裂化再生過(guò)程焦炭與氧的反應(yīng)方程,可以對(duì)煙氣的成分進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)樵摲匠痰膮?shù)(主要是CO與C02的比值")并非嚴(yán)格準(zhǔn)確,加上化工過(guò)程固有的諸多不確定因素,因此直接計(jì)算的值只能作為估計(jì),目的在于確定煙氣的比熱,以便通過(guò)焚燒爐計(jì)算相對(duì)準(zhǔn)確的煙氣成分。
按下式估計(jì)再生煙氣的組成性質(zhì),其中包括再生器出口煙氣比熱和再生器出口煙氣密度,
再生器出口煙氣比熱,J/kgTC:
C。2 = Cc。2 x C02 + Cco x wc。 + C。2 x 。2 + CH2。 x H20 + CN2 x wNz ,公式0-5
再生器出口煙氣密度,kg/m3:
= A:o2 x wco2 + A:o x "co + A)2 x w。2 + Ai2o x h2o + Pn2 x wn2 '公式O陽(yáng)6
其中,再生器出口煙氣的一氧化碳含量氣="(.。/&, %,再生器出口煙氣的二氧化碳含量w(Y;2=Wf.。2/i 。2, %,再生器出口煙氣的水蒸氣含量^,。=^,。/^2, %,再生器出口煙氣的氧氣含量,="。2/i a2, %,
再生器出口煙氣的氮?dú)夂?。=1- -%。2-%。-,。, %,
再生器出口煙氣的一氧化碳流量-
"co = &(1 /(1 + / )) /((0.5 + P) /(1 + / ) + 3 ) , m3/h ,
"為再生反應(yīng)煙氣中co2與CO之比,其值將通過(guò)迭代校正的方法逼近真值,初始值由下式估計(jì)
"=lO戶y[l + (71 - 793)x 0.001797],7 > 793〖
T:再生反應(yīng)溫度,°C,P:再生反應(yīng)壓力,N/m2,Y:氧的摩爾分?jǐn)?shù),%,
"具體迭代校正的過(guò)程將在步驟3中介紹
再生器出口煙氣的二氧化碳流量
wr02 =&(/ /(1 +仰攀5 +須1 + -) + 3"), m3/h,
再生器出口煙氣的水蒸氣流量
wH2。 =6《/(((0.5 + / )/(1 +釣+ 3") , m3/h,
再生器出口煙氣的氧氣流量"。2=i 。2x 。2, m3/h,
再生器出口煙氣的氮?dú)饬髁?=0.79i al, m3/h,
再生器出口煙氣總》荒量W。2 ="H2。 +"c。2 +"c。 +w。2 +wN2 , m3/h,
上式中除N2外,其它氣體的流量都用Ra2來(lái)表示,將上式和步驟l.l中關(guān)于耗氧速率的方程聯(lián)立,這樣可以解出Ra2和耗氧速率Ro
再生器出口煙氣比熱,J/kg/°C,c。2: 二氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/°C,CC0: —氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/°C,C。,氧氣比熱,J/kg/°C,C—水蒸氣比熱,J/kg/。C,
cN2:氮?dú)獗葻幔琂/kg/°C,
P。2:再生器出口煙氣密度,kg/m3,Pe。2: 二氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3, Pe。 一氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3, 氧氣密度,kg/m3, Ph2。水蒸氣密度,kg/m3, PN2:氮?dú)饷芏?,kg/m3,
3) 步驟1.3:估計(jì)待生催化劑循環(huán)量Ra、再生催化劑循環(huán)量Rc2, kg/h, 催化劑循環(huán)量可以反映生產(chǎn)狀況, 一般采用熱平衡法進(jìn)行計(jì)算。利用催化
劑進(jìn)出再生器的溫度變化,考慮各種散熱傳熱和燒焦反應(yīng)的放熱,并引入動(dòng)態(tài) 蓄熱,從而建立動(dòng)態(tài)熱平衡方程求解。 最終得到如下公式
i cl - i C2 =(/f(、)-//(^-l))/rs 公式0隱7
込,=&2QTC2 - i clCc.rn = 2。 -e。 _込_ft -2D -" 公式o _8
Ra:待生催化劑循環(huán)量,kg/h, Rc2:再生催化劑循環(huán)量,kg/h,
H:再生器藏量,kg,
Qc:催化劑帶走熱量,J/h, TC1:進(jìn)再生器催化劑溫度,°C, TC2:出再生器催化劑溫度,°C, 單位時(shí)間總燒焦熱,J/h,
Qa:煙氣帶走熱量,J/h,
Ql:熱散失,J/h,
QT:脫附熱,J/h, QD:動(dòng)態(tài)蓄熱,J/h, Qq:取熱器散熱,J/h,
4) 步驟1.4:估算總生焦量、生焦率
單位時(shí)間總燒焦量We, kg/h<formula>formula see original document page 20</formula>
其中,"為吸附在催化劑上的焦炭的氫、碳質(zhì)量比,為已知值,
總生焦率、%
<formula>formula see original document page 20</formula>
5)步驟1.5:估算待生定碳、再生定碳
這里由燒焦動(dòng)力學(xué),考慮擴(kuò)散阻力和反應(yīng)阻力,并認(rèn)為再生器內(nèi)催化劑處 于均勻混合態(tài),由此得到了關(guān)于密相氧含量與再生器內(nèi)各個(gè)操作條件相關(guān)的機(jī)
理方程<formula>formula see original document page 20</formula>其中,公式里的各個(gè)參數(shù)采用了PSO (微粒群)算法進(jìn)行尋優(yōu),在訓(xùn)練集和
測(cè)試集上獲得了很好的估計(jì)精度。
從而得到再生定碳的表達(dá)式
<formula>formula see original document page 20</formula>
于是,待生定碳為<formula>formula see original document page 20</formula>
再生器密相氧氣含量,計(jì)算時(shí)用w。,近似,%, H,再生器密相藏量,kg,
再生器內(nèi)表壓,N/m2, Pa: 大氣壓,N/m2,kD02:擴(kuò)散系數(shù),
kR()2: 反應(yīng)速率系數(shù), ECB:活化能,kJ, TV 再生器溫度,
DHC:單位時(shí)間的生焦量,t/h;
2、步驟2:建立再生器外部焚燒爐熱量平衡模型,細(xì)估CO含量
常規(guī)再生的再生煙氣中由于含有co,故工業(yè)上都將煙氣通入焚燒爐燃燒得 到余熱加以利用。這樣在再生器外部,可以利用焚燒爐熱平衡求得煙氣中co的
含量。另外,在焚燒爐中要通入瓦斯氣輔助燃燒。
<formula>formula see original document page 21</formula>
這樣得到CO含量
<formula>formula see original document page 21</formula>再生器出口煙氣密度,kg/m3, Ra2:再生器出口煙氣流量,m3/h, G。2:再生器出口煙氣比熱,J/kgTC, Ts。出焚燒爐的煙氣溫度,°C,
Tsi:進(jìn)焚燒爐的煙氣溫度,°C, Raa:通入焚燒爐的空氣流量,m3/h, Caa:空氣比熱,J/kg/°C,
瓦斯密度,kg/m3, A"瓦斯流量,m3/h,
瓦斯比熱,J/kg/°C,
l:進(jìn)焚燒爐前的瓦斯溫度,°C, 《"'瓦斯的熱值,J/m3,A。 一氧化碳密度,kg/m3,
一氧化碳熱值,J/kg;
3、 步驟3:迭代校正過(guò)程
迭代校正是一個(gè)雙向過(guò)程,利用再生器內(nèi)部估計(jì)的CO含量和C02含量、水 蒸氣含量等,估計(jì)出了再生煙氣的比熱和密度,從而帶入步驟2中的焚燒爐熱量 平衡,計(jì)算得到更加準(zhǔn)確的CO含量,再利用該CO含量計(jì)算出更準(zhǔn)確的"值。
此時(shí),采用更新后的"值,對(duì)再生器的煙氣組分進(jìn)行重新估計(jì),得到煙氣新 的比熱和密度;再代入步驟2中的熱量平衡。由此反復(fù)迭代,直至收斂,然后送 至UDCS顯示和使用。收斂判斷條件如下
^c。(k)—0c。(k —丄〗^s 公式0-16
式中
A。(k)—當(dāng)前步再生co濃度計(jì)算值, A。(k")…上一步再生co濃度計(jì)算值,
c…按照實(shí)際生產(chǎn)的精度要求設(shè)定,0.1%-0.5%;
4、 步驟4:在線校正過(guò)程
根據(jù)包括CO含量,C02含量,再生定碳,待生定碳的化驗(yàn)值,在線校正上
述各量的估計(jì)值,利用尋優(yōu)方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)際工況
變化的目的;
將化驗(yàn)結(jié)果直接輸入至上位機(jī)中,手工選擇化驗(yàn)結(jié)果的日期和時(shí)間,程序 將根據(jù)輸入的日期和時(shí)間,査找到對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù),包括當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)變量和估 計(jì)值;
對(duì)于輸入的化驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)照程序的估計(jì)值,將偏差補(bǔ)償于原模型中; 在程序中手工設(shè)定新歷史數(shù)據(jù)時(shí)間Ti和總歷史數(shù)據(jù)時(shí)間T2, T2>TP當(dāng)輸入 的化驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間跨度達(dá)到Tp程序?qū)?duì)最近T2時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù),按照步驟1到步驟3 的過(guò)程,進(jìn)行新的參數(shù)估計(jì),從而有效跟蹤當(dāng)前的工況動(dòng)態(tài)變化。尋優(yōu)方案包括了短期的偏置調(diào)整和長(zhǎng)期時(shí)間內(nèi)采用PSO優(yōu)化算法進(jìn)行參數(shù) 再次尋優(yōu)。這樣,既可以動(dòng)態(tài)跟蹤當(dāng)前工況的變化,又能保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定持續(xù) 性,防止了化驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果的誤差帶來(lái)的模型調(diào)整偏差。
本發(fā)明中的方案通過(guò)編制相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn),并已經(jīng)投運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)。整個(gè)軟件在上 位機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)RTDB連接分布式控制系統(tǒng)DCS和軟測(cè)量軟 件。RTDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)從DCS取得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),軟測(cè)量軟件從RTDB拿到數(shù)據(jù)并將 計(jì)算結(jié)果返回,RTDB再將計(jì)算結(jié)果傳至DCS。數(shù)據(jù)傳輸采用OPC(OLE for process control)方式。
軟測(cè)量計(jì)算軟測(cè)量軟件建立了對(duì)象模型,通過(guò)機(jī)理方式利用過(guò)程數(shù)據(jù)計(jì) 算得到所需測(cè)量的變量。軟件可以設(shè)置軟測(cè)量模型和輸入輸出變量量程等相關(guān)
參數(shù),選擇正確的再生方式,連接RTDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)取得數(shù)據(jù)后即可進(jìn)行軟測(cè)量 計(jì)算。
程序控制在上位機(jī)上可以控制軟測(cè)量軟件的運(yùn)行,并且可以指定相應(yīng)參
數(shù)進(jìn)行人工調(diào)整模型。
結(jié)果顯示軟測(cè)量的計(jì)算結(jié)果,通過(guò)OPC方式傳送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)時(shí)數(shù)
據(jù)庫(kù)再送至DCS顯示。同時(shí),在上位機(jī)上也可顯示所有過(guò)程變量和計(jì)算結(jié)果。
權(quán)利要求
1、催裂化裝置常規(guī)再生工藝的再生煙氣成分動(dòng)態(tài)軟測(cè)量方法,其特征在于,是在上位機(jī)上按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟(1)所述上位機(jī)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)RTDB在線地從分布式控制系統(tǒng)DCS取得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)LIMS取得化驗(yàn)數(shù)據(jù),其中,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)至少包括再生器內(nèi)溫度,主風(fēng)流量,原料進(jìn)料量,反應(yīng)器出口溫度,化驗(yàn)數(shù)據(jù)至少包括CO含量,CO2含量,再生定碳,待生定碳;步驟(2)建立再生器機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型,并基于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù),在線按以下步驟進(jìn)行計(jì)算步驟(2.1)得到含有總耗氧速率R0的方程,具體求解R0需要和步驟(2.2)的方程聯(lián)立,<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>o</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0.21</mn><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>ω</mi> <mi>oi</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>0.21</mn><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>oo</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>EXP</mi> <mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi></msub><mo>/</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>rg</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <msub><mi>ω</mi><mi>oo</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>EXP</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <msub><mi>R</mi><mrow> <mi>a</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <msub><mi>T</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub><mi>V</mi><mi>rg</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100924290002C2.tif" wi="112" he="11" top= "130" left = "46" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h其中,kd=k-Td/Ts,Ra1再生器進(jìn)口總風(fēng)量,m3/h,Ra2再生器出口煙氣量,m3/h,RO耗氧速率,m3/h,ωoo再生器出口煙氣氧含量,%,ωoi進(jìn)再生器稀相氧含量,%,k表示第k個(gè)離散時(shí)刻,Ts采樣時(shí)間,h,Vrg再生器稀相容積,m3,Td煙氣進(jìn)入再生器稀相到離開(kāi)再生器的延時(shí)時(shí)間,h,步驟(2.2)按下式估計(jì)再生煙氣的組成性質(zhì),其中包括再生器出口煙氣比熱和再生器出口煙氣密度,再生器出口煙氣比熱<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>C</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>C</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>C</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>C</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>C</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100924290003C1.tif" wi="115" he="4" top= "27" left = "42" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>J/kg/℃再生器出口煙氣密度<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ρ</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>ρ</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>×</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009100924290003C2.tif" wi="113" he="4" top= "47" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>kg/m3其中,再生器出口煙氣的一氧化碳含量<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ω</mi> <mi>co</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>/</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100924290003C3.tif" wi="25" he="4" top= "58" left = "118" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%,再生器出口煙氣的二氧化碳含量<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <mrow><mi>C</mi><msub> <mi>O</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009100924290003C4.tif" wi="28" he="4" top= "67" left = "104" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%,再生器出口煙氣的水蒸氣含量<maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ω</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>/</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0007" file="A2009100924290003C5.tif" wi="29" he="4" top= "75" left = "99" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%,再生器出口煙氣的氧氣含量<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>/</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0008" file="A2009100924290003C6.tif" wi="25" he="4" top= "84" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%,再生器出口煙氣的氮?dú)夂?lt;maths id="math0009" num="0009" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>ω</mi> <mi>NO</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>-</mo><msub> <mi>ω</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>-</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>ω</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0009" file="A2009100924290003C7.tif" wi="58" he="4" top= "93" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%,再生器出口煙氣的一氧化碳流量uCO=RO(1/(1+β))/((0.5+β)/(1+β)+3α),m3/h,β為再生反應(yīng)煙氣中CO2與CO之比,其值將通過(guò)迭代校正的方法逼近真值,初始值由下式估計(jì)β=10PY[1+(T-793)×0.001797],T>793KT再生反應(yīng)溫度,℃,P再生反應(yīng)壓力,N/m2,Y氧的摩爾分?jǐn)?shù),%,β具體迭代校正的過(guò)程將在步驟(4)中介紹,再生器出口煙氣的二氧化碳流量<maths id="math0010" num="0010" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>u</mi> <mrow><mi>C</mi><msub> <mi>O</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mi>O</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>β</mi> <mo>/</mo> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>β</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><mn>0.5</mn><mo>+</mo><mi>β</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>β</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>3</mn> <mi>α</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0010" file="A2009100924290003C8.tif" wi="78" he="4" top= "197" left = "29" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h,再生器出口煙氣的水蒸氣流量<maths id="math0011" num="0011" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>u</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mi>O</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mn>6</mn><msub> <mi>αR</mi> <mi>O</mi></msub><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>0.5</mn> <mo>+</mo> <mi>β</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>β</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>3</mn><mi>α</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0011" file="A2009100924290003C9.tif" wi="67" he="4" top= "206" left = "99" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h,再生器出口煙氣的氧氣流量<maths id="math0012" num="0012" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mrow><mo>×</mo><mi>ω</mi> </mrow> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0012" file="A2009100924290003C10.tif" wi="26" he="4" top= "215" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h,再生器出口煙氣的氮?dú)饬髁?lt;maths id="math0013" num="0013" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>=</mo><mn>0.79</mn><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0013" file="A2009100924290003C11.tif" wi="24" he="4" top= "223" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h,再生器出口煙氣總流量<maths id="math0014" num="0014" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>u</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub><mn>0</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>CO</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>u</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>O</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>+</mo><msub> <mi>u</mi> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0014" file="A2009100924290003C12.tif" wi="57" he="4" top= "232" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>m3/h,上式中除N2外,其它氣體的流量都用Ra2來(lái)表示,將上式和步驟(2.1)中關(guān)于耗氧速率的方程聯(lián)立,這樣可以解出Ra2和耗氧速率R0Ca2再生器出口煙氣比熱,J/kg/℃, id="icf0015" file="A2009100924290004C1.tif" wi="8" he="4" top= "27" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>二氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/℃,CCO一氧化碳?xì)怏w比熱,J/kg/℃, id="icf0016" file="A2009100924290004C2.tif" wi="8" he="4" top= "45" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>氧氣比熱,J/kg/℃, id="icf0017" file="A2009100924290004C3.tif" wi="9" he="4" top= "54" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>水蒸氣比熱,J/kg/℃, id="icf0018" file="A2009100924290004C4.tif" wi="8" he="4" top= "63" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>氮?dú)獗葻?,J/kg/℃,ρa(bǔ)2再生器出口煙氣密度,kg/m3, id="icf0019" file="A2009100924290004C5.tif" wi="9" he="4" top= "81" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>二氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3,ρCO一氧化碳?xì)怏w密度,kg/m3, id="icf0020" file="A2009100924290004C6.tif" wi="7" he="3" top= "99" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>氧氣密度,kg/m3, id="icf0021" file="A2009100924290004C7.tif" wi="9" he="3" top= "108" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>水蒸氣密度,kg/m3, id="icf0022" file="A2009100924290004C8.tif" wi="7" he="3" top= "117" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>氮?dú)饷芏?,kg/m3,步驟(2.3)按下式估計(jì)待生催化劑循環(huán)量RC1、再生催化劑循環(huán)量RC2,kg/h,RC1-RC2=(H(kd)-H(kd-1))/TSQC=RC2CCTC2-RC1CCTC1=QO-Qa-QL-QT-QD-QqRC1待生催化劑循環(huán)量,kg/h,RC2再生催化劑循環(huán)量,kg/h,H再生器藏量,kg,QC催化劑帶走熱量,J/h,TC1進(jìn)再生器的催化劑溫度,℃,TC2出再生器的催化劑溫度,℃,QO單位時(shí)間總燒焦熱,J/h,Qa煙氣帶走熱量,J/h,QL熱散失,J/h,QT脫附熱,J/h,QD動(dòng)態(tài)蓄熱,J/h,Qq取熱器散熱,J/h,步驟(2.4)估算總生焦量Wc生焦率φ<maths id="math0015" num="0015" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>C</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>×</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>22.4</mn></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>0.5</mn> <mo>+</mo> <mi>β</mi></mrow><mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>β</mi></mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>3</mn> <mi>α</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mn>12</mn><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0023" file="A2009100924290005C1.tif" wi="58" he="10" top= "27" left = "68" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>kg/h<maths id="math0016" num="0016" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>φ</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>W</mi><mi>C</mi> </msub> <msub><mi>R</mi><mrow> <mi>C</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0024" file="A2009100924290005C2.tif" wi="14" he="11" top= "44" left = "93" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%其中,α為吸附在催化劑上的焦炭的氫、碳質(zhì)量比,為已知值,步驟(2.5)估算待生定碳Ci和再生定碳CrgCrg(kd)=kDO2uaDNRa(kd)log(21/ωOM(kd))/((-Hrgm(kd)(Prg(kd)+Pa)×kDO2×kRO2×uaDN×EXP(-ECB/R(Trg(kd)))-log(21/ωOM(kd))×Ra×kRO2×EXP(-ECB/R(Trg(kd)))),% Ci=(RC2Crg(kd)+DHC)/RC1,%ωOM再生器密相氧氣含量,計(jì)算時(shí)用ωoi近似,%,Hrgm再生器密相藏量,kg,Prg再生器內(nèi)表壓,N/m2,Pa大氣壓,N/m2,kDO2擴(kuò)散系數(shù),kRO2反應(yīng)速率系數(shù),ECB活化能,kJ,Trg再生器溫度,℃,DHC單位時(shí)間的生焦量,t/h;步驟(3)建立再生器外部焚燒爐熱量平衡模型,細(xì)估CO含量φCO,在焚燒爐中通入瓦斯輔助燃料的條件下<maths id="math0017" num="0017" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>φ</mi> <mi>CO</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>ρ</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>C</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>so</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>si</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>R</mi> <mi>aa</mi></msub><msub> <mi>C</mi> <mi>aa</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>so</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>aa</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mi>wp</mi></msub><msub> <mi>R</mi> <mi>wp</mi></msub><msub> <mi>C</mi> <mi>wp</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>so</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>q</mi> <mi>w</mi></msub><msub> <mi>R</mi> <mi>wp</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>ρ</mi> <mi>co</mi></msub><msub> <mi>q</mi> <mi>CO</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0025" file="A2009100924290005C3.tif" wi="122" he="10" top= "208" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>%ρa(bǔ)2再生器出口煙氣密度,kg/m3,Ra2再生器出口煙氣流量,m3/h,Ca2再生器出口煙氣比熱,J/kg/℃,Tso出焚燒爐的煙氣溫度,℃,Tsi進(jìn)焚燒爐的煙氣溫度,℃,Raa通入焚燒爐的空氣流量,m3/h,Caa空氣比熱,J/kg/℃,ρwp瓦斯密度,kg/m3,Rwp瓦斯流量,m3/h,Cwp瓦斯比熱,J/kg/℃,Tw進(jìn)焚燒爐前的瓦斯溫度,℃,qw瓦斯的熱值,J/m3,ωco一氧化碳密度,kg/m3,qCO一氧化碳熱值,J/kg;步驟(4)迭代校正過(guò)程,步驟(4.1)通過(guò)焚燒爐熱量平衡,計(jì)算得到更加準(zhǔn)確的CO含量,再利用該CO含量計(jì)算出更準(zhǔn)確的β值,步驟(4.2)采用步驟(4.1)得到的更新后的β值,對(duì)再生器的各煙氣成分,包括一氧化碳,二氧化碳,氧氣,氮?dú)夂退魵?,按照步驟(2)進(jìn)行重新估計(jì),得到新的煙氣比熱和密度,步驟(4.3)把步驟(4.2)得到的新的煙氣比熱和密度,代入步驟(3)中的焚燒爐熱量平衡模型,反復(fù)迭代直至收斂,然后送到DCS顯示和使用,收斂條件為|φCO(k)-φCO(k-1)|≤εφCO(k)---當(dāng)前步再生CO濃度計(jì)算值,φCO(k-1)---上一步再生CO濃度計(jì)算值,ε---按照實(shí)際生產(chǎn)的精度要求設(shè)定,0.1%-0.5%;步驟(5)根據(jù)包括CO含量,CO2含量,再生定碳,待生定碳的化驗(yàn)值,在線校正上述各量的估計(jì)值,利用尋優(yōu)方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)際工況變化的目的,步驟(5.1)將化驗(yàn)結(jié)果直接輸入至上位機(jī)中,手工選擇化驗(yàn)結(jié)果的日期和時(shí)間,程序?qū)⒏鶕?jù)輸入的日期和時(shí)間,查找到對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù),歷史數(shù)據(jù)包括當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)變量和估計(jì)值,步驟(5.2)比較化驗(yàn)數(shù)據(jù)和估計(jì)值,將偏差補(bǔ)償于原模型中,步驟(5.3)在程序中手工設(shè)定新歷史數(shù)據(jù)時(shí)間T1和總歷史數(shù)據(jù)時(shí)間T2,T2>T1,每輸入時(shí)間跨度達(dá)到T1的化驗(yàn)數(shù)據(jù),程序?qū)?duì)最近T2時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù),按照步驟(2)到步驟(4)的過(guò)程,進(jìn)行新的參數(shù)估計(jì),從而有效跟蹤當(dāng)前的工況動(dòng)態(tài)變化。
全文摘要
催裂化裝置常規(guī)再生工藝的再生煙氣成份動(dòng)態(tài)軟測(cè)量方法屬于生產(chǎn)過(guò)程軟測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于,該方法首先利用再生器機(jī)理分析的動(dòng)態(tài)模型,初步估算再生煙氣各主要成分的摩爾流量和再生煙氣的熱容,再由CO焚燒爐熱量平衡進(jìn)一步估算更加準(zhǔn)確的再生煙氣CO含量。將該CO含量估計(jì)值返回到再生器機(jī)理分析的動(dòng)態(tài)模型,計(jì)算出更為準(zhǔn)確的CO含量。重復(fù)該迭代算法,當(dāng)CO估計(jì)值收斂時(shí),即可估計(jì)出再生器重要的不可測(cè)變量。該方法聯(lián)合利用再生器機(jī)理分析動(dòng)態(tài)模型和外置CO焚燒爐熱量平衡,采用基于機(jī)理分析的在線實(shí)時(shí)工藝計(jì)算技術(shù)和動(dòng)態(tài)模型觀測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)了催裂化裝置再生器不可測(cè)變量的動(dòng)態(tài)軟測(cè)量,為該重要生產(chǎn)過(guò)程的安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗提供幫助。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101650566SQ200910092429
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者劉祁躍, 呂文祥, 黃德先 申請(qǐng)人:清華大學(xué)