催化裂化反应再生系统仿真模拟

张保童 曹艳梅(陕西延长石油榆林炼油厂联合二车间,陕西 榆林 718500)

催化裂化反应再生系统仿真模拟

张保童 曹艳梅(陕西延长石油榆林炼油厂联合二车间,陕西 榆林 718500)

催化裂化反应是石油化工工艺中将重质油轻质化的重要方法，整个反应系统的稳态情况对于工艺系统加工能力和设备的规模都有着重要的影响。因此，对于催化裂化系统稳态方面的分析研究，具有重要的意义。以模拟的组分模型作为催化裂化再生反应系统的基础，通过多稳态特征开展催化裂化反应再生系统的稳态模型仿真模拟，模拟的结果与实际生产情况较为一致。

催化裂化；反应再生系统；稳态模型；换热器

石油是国民经济的命脉，不论是国防工业还是日常生活需求，经济和社会的发展，都离不开石油[1]。石油通过炼制可得到数百种产品，根据不同的用途可以分为四大类：(1)燃料类，例如汽油、柴油、煤油等；(2)润滑油和润滑脂，用于减少机械设备磨损；(3)各类化工产品，其余化工工艺的原材料或中间体；(4)沥青和蜡等。诸多种类的产品，广泛应用与社会各个行业，给人们的生活提供了极大的保证，满足人们的生活需求[2]。

从地下开采出的原油需要进行加工，从而得到各类产品，其中燃料类主要是通过一次和二次加工得到，化工产品则是需要进行三次加工而得到。石油炼化过程常见的加工工艺有减压蒸馏、热裂化、催化裂化、加氢裂化等[3]。随着国家对燃油质量提出了更高的要求，为提升燃油品质，石油炼化加工工艺中催化裂化工艺在原料油转化、增加轻质油转化率和品质方面也提出了更高的要求。

催化裂化装置是石油炼制中极为关键的技术工艺设备，其中主要包括反应再生系统、分馏极原料油预热、轻质油精炼等几个部分。催化裂化反应再生系统很大程度上聚到了炼制的效果，因此也可以认为反应再生系统决定了炼油厂的生产效益。对催化裂化反应再生系统的研究，对实际生产具有极为重要的意义。

1 组分模型概述

原油组分复杂多样，在炼制过程发生多种化学反应，构成一个极为复杂的催化裂化反应体系。准确的描述反应过程物质之间的化学反应是催化裂化反应数学建模的关键所在，Weekman等人在集总理论的基础上提出了三集总动力学模型，将原料油和油气产物划分为原料油集总、汽油集总和(焦炭＋石油裂化气)集总。之后又经过研究分析，提出了十集总动力学模型，将反应网络更进一步详细的划分，更为精确的描述了催化裂化的反应模型过程。

本研究采用某炼油厂实际原料蒸馏数据来进行分析，按照原料油实沸点蒸馏，将原料油划分成9个假组分，见表1。

表1 原料油沸点蒸馏数据

2 反应再生系统模型建立

2.1 裂化反应动力学模型

催化裂化过程化学反应体系非常复杂，因此不能通过单一的化合物动力学特征来描述整个系统的动力学模型。根据姜浩和张家瑞等人提出的基准假组分模型，催化裂化过程Ci裂化成其它假组分Cm和Cn以及焦炭，反应方程式如式1。

式中:αi,m,n为碳原子质量，βi,m,n为氢原子质量。

2.2 提升管反应器模型

一般的提升管反应器包括：原料雾化、气固混合、裂化反应、出口冷却等工艺，基本上全部的裂化反应都是在提升管中进行。根据质量守恒定律，可得到原料油和油气组分的提升管内的裂化反应物料平衡方程，见式2。

式中:Fi为提升管内各假组分裂化反应过程生成的焦炭中碳原

子和氢原子的质量流率，kg/s。

2.3 再生器建模

再生器内的反应是一个稳定的化学反应系统，符合压力平衡、能量守恒和质量定律。在分析清楚各个反应关联的联系后，还需要考虑到燃烧空气、气体混合物的评价热熔。因此，推导计算得到气体混合物平均热熔和在温度T下各气体成分的计算公式，见式3。

通过对全部催化裂化分离出来的气体并返回都密相区中，烟气的组成等于稀相区气体的组分。结合再生气能量和质量守恒，建立反应再生系统的稳态模型。

3 结语

基于假组分模型建立了催化裂化反应再生的数学模型，并采用炼油厂的实际数据继续分析验证，通过对比分析，油气的产品实际产率与分析模型中得到的结果较为吻合，建立的模型与实际生产状况相符合。

[1]康明艳,李钒,伍丽娜.重油催化裂化反应-再生系统的热平衡控制[J].天津化工,2017，(02):16-19.

[2]谢朝钢,魏晓丽,龚剑洪，等.催化裂化反应机理研究进展及实践应用[J].石油学报(石油加工),2017，(02):189-197.

[3]戴薇薇,谢恪谦,张星，等.催化裂化装置热量匹配优化与节能[J].中外能源,2017，(03):86-90.

张保童(1984-)，男，陕西安塞人，延安大学应用化学专业，石油炼制工程师，注册安全工程师，长期从事重油催化裂化工艺、烟气脱硫脱硝安全环保等方面的研究工作。