催化裂化装置提升管温度分布的滚动时域估计与优化

发布时间：2020-07-22 22:26

【摘要】：催化裂化作为一种重要的石油炼制方法,在石油化工厂中有着举足轻重的地位。其中,提升管反应器是发生催化裂化反应的主要设备,是催化裂化装置(Fluid Catalytic Cracking Unit,FCCU)的核心组成部分。提升管反应器的反应温度对反应速度和产品性质都有着巨大影响。反应温度变化,反应速度和生成的产物也随之改变。但是,提升管上的热电偶数量往往有限,只能反映个别测点的温度,无法体现反应全过程的状况和特性。为了实时监控每一处的反应深度、保证生产工艺的安全可靠运行,需要准确地估计沿提升管轴向的温度分布。本文聚焦于FCCU提升管的温度分布,通过设计滚动时域估计器,根据已知测点温度估计提升管整体的温度分布,并在估计器的基础上进一步设计模型预测控制器,从而实现对提升管温度分布的估计与控制。首先,本文对FCCU提升管反应器进行建模。由于FCCU提升管的反应体系十分复杂,本文将众多反应物质划分为五个虚拟组分,分别对每个组分的浓度和反应温度建立动力学模型,建立了提升管的动态模型。接着,为了后续优化和控制,对分布参数(偏微分方程)描述的模型进行有限差分处理,将其变为微分代数形式的模型。最后,实验验证了模型的准确性和可靠性。其次,本文提出基于邻域优化的分布式滚动时域估计算法,用于估计提升管的温度分布。首先将提升管划分为若干个子系统,分别设计各子系统的滚动时域估计器。考虑到子系统之间具有较强的耦合关系,为了提高整体的估计性能,每个子系统估计器在优化时同时考虑到邻居子系统的估计性能,形成了基于邻域优化的分布式滚动时域估计算法。该算法不仅具有较好的整体估计性能,而且计算速度较快。最终,将提出的算法应用于在线估计九江石化FCCU提升管的温度分布,验证了算法的有效性。最后,根据估计的温度分布,本文提出基于反应热修正的模型预测控制算法来控制提升管温度分布,其中温度分布能更全面地体现反应的全过程信息,反应热能体现反应转化率。相比于传统的控制提升管出口温度的方法,控制温度分布是对反应全过程的控制,可以对整个反应过程控制的更为精细。同时,反应热是体现反应转换率的关键工艺量,在控制器的优化指标中加入反应热可以对温度分布进行修正,减小外部干扰的影响,保证产品转化率。所形成的基于反应热修正的模型预测控制算法能够提高产率控制精度,并且该算法可以缩短控制时域,提高算法的实时性。最终,仿真验证了算法的有效性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE96
【图文】：

反应再生系统

由提升管反应器、再生器和分离器组成，如图1-1 所示。预热后的原料油从提升管的下方进入，与来自再生器的高温催化剂一起，经由提升管底部送入的预提升蒸汽向上带动，不断地进行剧烈的催化裂化反应[1]。反应器出口的产品以及失活的待生催化剂进入旋风分离器进行分离，分离后的催化剂从待生滑阀进入再生器烧掉其表面的焦炭，并再次进入提升管，分离后的油气则进入后续装置进— 1 —

【参考文献】