催裂化装置常规再生的再生烟气成份动态软测量方法

摘要

催裂化装置常规再生工艺的再生烟气成份动态软测量方法属于生产过程软测量技术领域，其特征在于，该方法首先利用再生器机理分析的动态模型，初步估算再生烟气各主要成分的摩尔流量和再生烟气的热容，再由CO焚烧炉热量平衡进一步估算更加准确的再生烟气CO含量。将该CO含量估计值返回到再生器机理分析的动态模型，计算出更为准确的CO含量。重复该迭代算法，当CO估计值收敛时，即可估计出再生器重要的不可测变量。该方法联合利用再生器机理分析动态模型和外置CO焚烧炉热量平衡，采用基于机理分析的在线实时工艺计算技术和动态模型观测技术相结合的方式，实现了催裂化装置再生器不可测变量的动态软测量，为该重要生产过程的安全生产和节能降耗提供帮助。

主权项

1、催裂化装置常规再生工艺的再生烟气成分动态软测量方法，其特征在于，是在上位机上按照以下步骤实现的：步骤(1)所述上位机利用实时数据库RTDB在线地从分布式控制系统DCS取得现场数据，实验室信息管理系统LIMS取得化验数据，其中，现场数据：至少包括再生器内温度，主风流量，原料进料量，反应器出口温度，化验数据：至少包括CO含量，CO₂含量，再生定碳，待生定碳；步骤(2)建立再生器机理分析动态模型，并基于生产过程的实时测量数据，在线按以下步骤进行计算：步骤(2.1)得到含有总耗氧速率R₀的方程，具体求解R₀需要和步骤(2.2)的方程联立，$R_o\left(k_d\right)=0.21R_{a1}\left(k_d\right)-R_{a2}\left(k\right){\omega }_{\mathrm{oi}}\left(k_d\right)$$=\frac{0.21R_{a1}\left(k_d\right)-R_{a2}\left(k\right)(\left({\omega }_{\mathrm{oo}}(k+1)\right)-\mathrm{EXP}(-R_{a2}\left(k\right)T_s/V_{\mathrm{rg}}){\omega }_{\mathrm{oo}}\left(k\right))}{1-\mathrm{EXP}(-R_{a2}\left(k\right)T_s/V_{\mathrm{rg}})},$m³/h其中，k_d＝k-T_d/T_s，R_a1：再生器进口总风量，m³/h，R_a2：再生器出口烟气量，m³/h，R_O：耗氧速率，m³/h，ω_oo：再生器出口烟气氧含量，％，ω_oi进再生器稀相氧含量，％，k：表示第k个离散时刻，T_s：采样时间，h，V_rg：再生器稀相容积，m³，T_d：烟气进入再生器稀相到离开再生器的延时时间，h，步骤(2.2)按下式估计再生烟气的组成性质，其中包括再生器出口烟气比热和再生器出口烟气密度，再生器出口烟气比热：$C_{a2}=C_{{\mathrm{CO}}_2}\times {\omega }_{{\mathrm{CO}}_2}+C_{\mathrm{CO}}\times {\omega }_{\mathrm{CO}}+C_{O_2}\times {\omega }_{O_2}+C_{H_{2}O}\times {\omega }_{H_{2}O}+C_{N_2}\times {\omega }_{N_2},$J/kg/℃再生器出口烟气密度：${\rho }_{a2}={\rho }_{{\mathrm{CO}}_2}\times {\omega }_{{\mathrm{CO}}_2}+{\rho }_{\mathrm{CO}}\times {\omega }_{\mathrm{CO}}+{\rho }_{O_2}\times {\omega }_{O_2}+{\rho }_{H_{2}O}\times {\omega }_{H_{2}O}+{\rho }_{N_2}\times {\omega }_{N_2},$kg/m³其中，再生器出口烟气的一氧化碳含量：${\omega }_{\mathrm{co}}=u_{\mathrm{CO}}/R_{a2},$％，再生器出口烟气的二氧化碳含量：${\omega }_{{\mathrm{CO}}_2}=u_{C{O}_2}/R_{a2},$％，再生器出口烟气的水蒸气含量：${\omega }_{H_{2}O}=u_{H_{2}O}/R_2,$％，再生器出口烟气的氧气含量：${\omega }_{O_2}=u_{O_2}/R_{a2},$％，再生器出口烟气的氮气含量：${\omega }_{\mathrm{NO}}=1-{\omega }_{O_2}-{\omega }_{{\mathrm{CO}}_2}-{\omega }_{\mathrm{CO}}-{\omega }_{H_{2}O},$％，再生器出口烟气的一氧化碳流量：u_CO＝R_O(1/(1+β))/((0.5+β)/(1+β)+3α)，m³/h，β为再生反应烟气中CO₂与CO之比，其值将通过迭代校正的方法逼近真值，初始值由下式估计：β＝10PY[1+(T-793)×0.001797]，T＞793KT：再生反应温度，℃，P：再生反应压力，N/m²，Y：氧的摩尔分数，％，β具体迭代校正的过程将在步骤(4)中介绍，再生器出口烟气的二氧化碳流量：$u_{C{O}_2}=R_O(\beta /(1+\beta ))/((0.5+\beta )/(1+\beta )+3\alpha ),$m³/h，再生器出口烟气的水蒸气流量：$u_{H_{2}O}=6{\mathrm{\alpha R}}_O/(((0.5+\beta )/(1+\beta )+3\alpha ),$m³/h，再生器出口烟气的氧气流量：$u_{O_2}=R_{a2}{\times \omega }_{O_2},$m³/h，再生器出口烟气的氮气流量：$u_{N_2}=0.79R_{a1},$m³/h，再生器出口烟气总流量：$R_{a2}=u_{H_{2}0}+u_{{\mathrm{CO}}_2}+u_{\mathrm{CO}}+u_{O_2}+u_{N_2},$m³/h，上式中除N₂外，其它气体的流量都用R_a2来表示，将上式和步骤(2.1)中关于耗氧速率的方程联立，这样可以解出R_a2和耗氧速率R₀C_a2：再生器出口烟气比热，J/kg/℃，二氧化碳气体比热，J/kg/℃，C_CO：一氧化碳气体比热，J/kg/℃，氧气比热，J/kg/℃，水蒸气比热，J/kg/℃，氮气比热，J/kg/℃，ρ_a2：再生器出口烟气密度，kg/m³，二氧化碳气体密度，kg/m³，ρ_CO：一氧化碳气体密度，kg/m³，氧气密度，kg/m³，水蒸气密度，kg/m³，氮气密度，kg/m³，步骤(2.3)按下式估计待生催化剂循环量R_C1、再生催化剂循环量R_C2，kg/h，R_C1-R_C2＝(H(k_d)-H(k_d-1))/T_SQ_C＝R_C2C_CT_C2-R_C1C_CT_C1＝Q_O-Q_a-Q_L-Q_T-Q_D-Q_qR_C1：待生催化剂循环量，kg/h，R_C2：再生催化剂循环量，kg/h，H：再生器藏量，kg，Q_C：催化剂带走热量，J/h，T_C1：进再生器的催化剂温度，℃，T_C2：出再生器的催化剂温度，℃，Q_O：单位时间总烧焦热，J/h，Q_a：烟气带走热量，J/h，Q_L：热散失，J/h，Q_T：脱附热，J/h，Q_D：动态蓄热，J/h，Q_q：取热器散热，J/h，步骤(2.4)估算总生焦量W_c生焦率φ：$W_C=R_0\times \frac{1}{22.4}(\frac{0.5+\beta }{1+\beta }+3\alpha )\times 12,$kg/h$\phi =\frac{W_C}{R_{C1}},$％其中，α为吸附在催化剂上的焦炭的氢、碳质量比，为已知值，步骤(2.5)估算待生定碳C_i和再生定碳C_rg：C_rg(k_d)＝k_DO2u_a^DNR_a(k_d)log(21/ω_OM(k_d))/((-Hrgm(k_d)(P_rg(k_d)+P_a)×k_DO2×k_RO2×u_a^DN        ×EXP(-ECB/R(Trg(k_d)))-log(21/ω_OM(k_d))×R_a×k_RO2×EXP(-ECB/R(Trg(k_d))))，％                         C_i＝(R_C2C_rg(k_d)+DHC)/R_C1，％ω_OM：再生器密相氧气含量，计算时用ω_oi近似，％，H_rgm：再生器密相藏量，kg，P_rg：再生器内表压，N/m²，Pa：大气压，N/m²，k_DO2：扩散系数，k_RO2：反应速率系数，ECB：活化能，kJ，T_rg：再生器温度，℃，DHC：单位时间的生焦量，t/h；步骤(3)建立再生器外部焚烧炉热量平衡模型，细估CO含量φ_CO，在焚烧炉中通入瓦斯辅助燃料的条件下：${\phi }_{\mathrm{CO}}=\frac{{\rho }_{a2}{R}_{a2}{C}_{a2}(T_{\mathrm{so}}-T_{\mathrm{si}})+R_{\mathrm{aa}}{C}_{\mathrm{aa}}(T_{\mathrm{so}}-T_{\mathrm{aa}})+{\rho }_{\mathrm{wp}}{R}_{\mathrm{wp}}{C}_{\mathrm{wp}}(T_{\mathrm{so}}-T_w)-q_w{R}_{\mathrm{wp}}}{R_{a2}{\rho }_{\mathrm{co}}{q}_{\mathrm{CO}}},$％ρ_a2：再生器出口烟气密度，kg/m³，R_a2：再生器出口烟气流量，m³/h，C_a2：再生器出口烟气比热，J/kg/℃，T_so：出焚烧炉的烟气温度，℃，T_si：进焚烧炉的烟气温度，℃，R_aa：通入焚烧炉的空气流量，m³/h，C_aa：空气比热，J/kg/℃，ρ_wp：瓦斯密度，kg/m³，R_wp：瓦斯流量，m³/h，C_wp：瓦斯比热，J/kg/℃，T_w：进焚烧炉前的瓦斯温度，℃，q_w：瓦斯的热值，J/m³，ω_co：一氧化碳密度，kg/m³，q_CO：一氧化碳热值，J/kg；步骤(4)迭代校正过程，步骤(4.1)通过焚烧炉热量平衡，计算得到更加准确的CO含量，再利用该CO含量计算出更准确的β值，步骤(4.2)采用步骤(4.1)得到的更新后的β值，对再生器的各烟气成分，包括一氧化碳，二氧化碳，氧气，氮气和水蒸气，按照步骤(2)进行重新估计，得到新的烟气比热和密度，步骤(4.3)把步骤(4.2)得到的新的烟气比热和密度，代入步骤(3)中的焚烧炉热量平衡模型，反复迭代直至收敛，然后送到DCS显示和使用，收敛条件为：|φ_CO(k)-φ_CO(k-1)|≤εφ_CO(k)---当前步再生CO浓度计算值，φ_CO(k-1)---上一步再生CO浓度计算值，ε---按照实际生产的精度要求设定，0.1％-0.5％；步骤(5)根据包括CO含量，CO₂含量，再生定碳，待生定碳的化验值，在线校正上述各量的估计值，利用寻优方法对参数进行调整，从而达到动态跟踪实际工况变化的目的，步骤(5.1)将化验结果直接输入至上位机中，手工选择化验结果的日期和时间，程序将根据输入的日期和时间，查找到对应的历史数据，历史数据包括当时的现场变量和估计值，步骤(5.2)比较化验数据和估计值，将偏差补偿于原模型中，步骤(5.3)在程序中手工设定新历史数据时间T₁和总历史数据时间T₂，T₂＞T₁，每输入时间跨度达到T₁的化验数据，程序将对最近T₂时间内的数据，按照步骤(2)到步骤(4)的过程，进行新的参数估计，从而有效跟踪当前的工况动态变化。