催化裂化反應再生系統仿真模擬

張保童 曹艷梅(陜西延長石油榆林煉油廠聯合二車間,陜西 榆林 718500)

催化裂化反應再生系統仿真模擬

張保童 曹艷梅(陜西延長石油榆林煉油廠聯合二車間,陜西 榆林 718500)

催化裂化反應是石油化工工藝中將重質油輕質化的重要方法，整個反應系統的穩態情況對于工藝系統加工能力和設備的規模都有著重要的影響。因此，對于催化裂化系統穩態方面的分析研究，具有重要的意義。以模擬的組分模型作為催化裂化再生反應系統的基礎，通過多穩態特征開展催化裂化反應再生系統的穩態模型仿真模擬，模擬的結果與實際生產情況較為一致。

催化裂化；反應再生系統；穩態模型；換熱器

石油是國民經濟的命脈，不論是國防工業還是日常生活需求，經濟和社會的發展，都離不開石油[1]。石油通過煉制可得到數百種產品，根據不同的用途可以分為四大類：(1)燃料類，例如汽油、柴油、煤油等；(2)潤滑油和潤滑脂，用于減少機械設備磨損；(3)各類化工產品，其余化工工藝的原材料或中間體；(4)瀝青和蠟等。諸多種類的產品，廣泛應用與社會各個行業，給人們的生活提供了極大的保證，滿足人們的生活需求[2]。

從地下開采出的原油需要進行加工，從而得到各類產品，其中燃料類主要是通過一次和二次加工得到，化工產品則是需要進行三次加工而得到。石油煉化過程常見的加工工藝有減壓蒸餾、熱裂化、催化裂化、加氫裂化等[3]。隨著國家對燃油質量提出了更高的要求，為提升燃油品質，石油煉化加工工藝中催化裂化工藝在原料油轉化、增加輕質油轉化率和品質方面也提出了更高的要求。

催化裂化裝置是石油煉制中極為關鍵的技術工藝設備，其中主要包括反應再生系統、分餾極原料油預熱、輕質油精煉等幾個部分。催化裂化反應再生系統很大程度上聚到了煉制的效果，因此也可以認為反應再生系統決定了煉油廠的生產效益。對催化裂化反應再生系統的研究，對實際生產具有極為重要的意義。

1 組分模型概述

原油組分復雜多樣，在煉制過程發生多種化學反應，構成一個極為復雜的催化裂化反應體系。準確的描述反應過程物質之間的化學反應是催化裂化反應數學建模的關鍵所在，Weekman等人在集總理論的基礎上提出了三集總動力學模型，將原料油和油氣產物劃分為原料油集總、汽油集總和(焦炭＋石油裂化氣)集總。之后又經過研究分析，提出了十集總動力學模型，將反應網絡更進一步詳細的劃分，更為精確的描述了催化裂化的反應模型過程。

本研究采用某煉油廠實際原料蒸餾數據來進行分析，按照原料油實沸點蒸餾，將原料油劃分成9個假組分，見表1。

表1 原料油沸點蒸餾數據

2 反應再生系統模型建立

2.1 裂化反應動力學模型

催化裂化過程化學反應體系非常復雜，因此不能通過單一的化合物動力學特征來描述整個系統的動力學模型。根據姜浩和張家瑞等人提出的基準假組分模型，催化裂化過程Ci裂化成其它假組分Cm和Cn以及焦炭，反應方程式如式1。

式中:αi,m,n為碳原子質量，βi,m,n為氫原子質量。

2.2 提升管反應器模型

一般的提升管反應器包括：原料霧化、氣固混合、裂化反應、出口冷卻等工藝，基本上全部的裂化反應都是在提升管中進行。根據質量守恒定律，可得到原料油和油氣組分的提升管內的裂化反應物料平衡方程，見式2。

式中:Fi為提升管內各假組分裂化反應過程生成的焦炭中碳原

子和氫原子的質量流率，kg/s。

2.3 再生器建模

再生器內的反應是一個穩定的化學反應系統，符合壓力平衡、能量守恒和質量定律。在分析清楚各個反應關聯的聯系后，還需要考慮到燃燒空氣、氣體混合物的評價熱熔。因此，推導計算得到氣體混合物平均熱熔和在溫度T下各氣體成分的計算公式，見式3。

通過對全部催化裂化分離出來的氣體并返回都密相區中，煙氣的組成等于稀相區氣體的組分。結合再生氣能量和質量守恒，建立反應再生系統的穩態模型。

3 結語

基于假組分模型建立了催化裂化反應再生的數學模型，并采用煉油廠的實際數據繼續分析驗證，通過對比分析，油氣的產品實際產率與分析模型中得到的結果較為吻合，建立的模型與實際生產狀況相符合。

[1]康明艷,李釩,伍麗娜.重油催化裂化反應-再生系統的熱平衡控制[J].天津化工,2017，(02):16-19.

[2]謝朝鋼,魏曉麗,龔劍洪，等.催化裂化反應機理研究進展及實踐應用[J].石油學報(石油加工),2017，(02):189-197.

[3]戴薇薇,謝恪謙,張星，等.催化裂化裝置熱量匹配優化與節能[J].中外能源,2017，(03):86-90.

張保童(1984-)，男，陜西安塞人，延安大學應用化學專業，石油煉制工程師，注冊安全工程師，長期從事重油催化裂化工藝、煙氣脫硫脫硝安全環保等方面的研究工作。