催裂化裝置常規再生的再生煙氣成份動態軟測量方法

2023-12-06 07:47:46

專利名稱：催裂化裝置常規再生的再生煙氣成份動態軟測量方法
技術領域：
本發明涉及催裂化co常規再生動態機理模型和焚燒爐熱量平衡模型，屬於
石油化工催裂化生產和生產過程軟測量領域。
背景技術：
催化裂化是石油煉廠從重質油生產汽油的主要過程之一，是在熱和催化劑 的作用下使重質油發生裂化反應，轉變為裂化氣、汽油和柴油等的過程。原料
採用原油蒸餾(或其他石油煉製過程)所得的重質餾分油；或重質鎦分油中混 入一定比例的渣油，經溶劑脫瀝青後的脫瀝青渣油；或全部用常壓渣油或減壓 渣油。
在反應過程中由於不揮發的類碳物質沉積在催化劑上，縮合為焦炭，使催 化劑活性下降，需要用空氣燒去(見催化劑再生)，以恢復催化活性，並提供裂 化反應所需熱量；這便是催化裂化的再生過程，是在再生器內完成。
再生器內的再生過程，根據CO燃燒程度分為完全再生和常規再生。完全再 生不含有CO，而常規再生含有CO，並隨煙氣排送至再生器外的焚燒爐轉換為熱 能。常規再生的CO含量需要嚴格控制，不然會有嚴重的安全問題。
因此需要對再生過程中的CO含量進行實時監測，同時以下變量的實時檢測 對於整個過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、 再生催化劑循環量、總生焦量、生焦率、待生催化劑定碳、再生催化劑定碳。
當前實時測量面臨的問題如下
由於被觀測量的不可測或測量手段的原因，當前無法對上述質量指標實現
在線實時測量，無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採用在線分
析儀進行測量，但在線分析儀價格昂貴， 一般採用的較少。目前工廠主要採用
離線化驗，化驗時間長，往往需要3小時甚至更長的時間才能取得分析結果；化驗頻率少， 一般兩三天做一次化驗。
2 、再生催化劑循環量、總生焦量、生焦率現場沒有測量手段
3 、待生催化劑定碳、再生催化劑定碳採用離線實驗室化驗 由於CO的濃度的估計對再生器安全運行具有有重要指導作用，並且也是在
線計算再生煙氣成份和其它像再生催化劑含量、生焦率等反應再生過程不可測 量變量所必需確定的重要操作變量，所以常規再生的過程，必須對CO的濃度實 施在線檢測；而在線分析儀由於價格昂貴採用不多，並且在線分析儀的分析時
間相對較長，對於短時間內的突發情況反映滯後。
在這種情況下，可以考慮目前化工生產常採用的軟測量方法。軟測量的工 作原理，就是在硬體傳感器進行常規檢測的基礎上，利用各種在線可測的過程 變量(即，輔助變量)與在線不可實測或難測的質量指標(即，主導變量)的 關係，通過軟體計算，實時得到主導變量的測量值。構造軟測量的實質，就是 建立輔助變量與主導變量的關係。從數學上講，就是一個建模問題。
在線軟測量部分解決了當前測量手段的不足，使得在線控制成為可能。
在該常規再生的CO軟測量中，目前採用的方法通常有熱量平衡模型或內部 動態機理模型，由於對於全生產過程的信息利用缺失，測量效果都不夠理想。 一方面，由於不同工況相差較大，很難計算出合適的內部動態機理模型，其與 實際工況的偏差往往較大，造成測量精度較差；即使通過在線校正的方法進行 修正，也難以對於模型結構方面的偏差給與正確校正。另一方面，對於熱量平 衡模型，由於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 熱量平衡計算缺乏必要的初始估計，因此實際精度也不夠理想。

發明內容
本發明目的是針對co不完全再生的催裂化過程，提供對再生器內再生煙氣
成分的動態軟測量方法。
為達到上述目的，本發明基於再生器內部機理分析動態模型和外部CO焚燒
爐熱量平衡，採用結果代入和模型修正的雙向反覆迭代過程，使常規再生的co
濃度軟測量達到要求精度；同時，本方法給出過程中的相關 他變量，為生產操作決策提供有效的生產過程操作狀況的實時信息；為了滿足長期動態的實時 檢測，本方案設計在線校正，利用化驗結果對模型進行實時修正，從而動態跟 蹤現場工況，實現軟測量的長期性和良好的適應能力。
本發明的特徵在於，是在上位機上按照以下步驟實現的
步驟(l)所述上位機利用實時資料庫RTDB在線地從分布式控制系統DCS 取得現場數據，實驗室信息管理系統LIMS取得化驗數據，其中，
現場數據至少包括再生器內溫度，主風流量，原料進料量，反應器出口 溫度，
化驗數據至少包括CO含量，C02含量，再生定碳，待生定碳； 步驟(2)建立再生器機理分析動態模型，並基於生產過程的實時測量數據，
在線按以下步驟進行計算
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)的方程聯立，
i C 0.21i al(、)-i a2(k)w。,(、)
0.21i al(、)-7 。2W(( w。。(A + l))-議屍(-iUA:)7:/^) w。。(A:》，m3/h
一
其中，、"-VK， Ral:再生器進口總風量，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，％，
氣進再生器稀相氧含量，％，
k:表示第k個離散時刻，
Ts:採樣時間，h，
Vrg:再生器稀相容積，m3，
Td:煙氣進入再生器稀相到離開再生器的延時時間，h，
步驟(2.2)按下式估計再生煙氣的組成性質，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氣含量 。=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，
"為再生反應煙氣中C02與CO之比，其值將通過迭代校正的方法逼近真值，初始值由下式估計
"=1 OiT[l + _ 793) x 0.001797], r > 793/:
T:再生反應溫度，°C，P:再生反應壓力，N/m2，Y:氧的摩爾分數，％，
"具體迭代校正的過程將在步驟(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氣流量^=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來表示，將上式和步驟(2.1)中關於耗氧速率的方程聯立，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，
c02:二氧化碳氣體比熱，J/kg/°C ，
Geo:一氧化碳氣體比熱，J/kg/°C ，
c。2:氧氣比熱，J/kg/°C，
c 水蒸氣比熱，J/kg/°C，cN2:氮氣比熱，J/kg/°C，
再生器出口煙氣密度，kg/m3，
Pco2 :二氧化碳氣體密度，kg/m3，
Pco:一氧化碳氣體密度，kg/m3 ，
Po2 :氧氣密度，kg/m3，
Ph2o :水蒸氣密度，kg/m3
Pn2 :氮氣密度，kg/m3，
步驟(2.3)按下式估計待生催化劑循環量Rd、再生催化劑循環量Rc2，kg/h，
《,，-&2 =,)-//(vi))/7;'
g(.=《.2cct;.2 - i clccrn =込)-a -込-込-2 -"
Rc1:待生催化劑循環量，kg/h，Rc2:再生催化劑循環量，kg/h，
H:再生器藏量，kg，
Qc:催化劑帶走熱量，J/h，
TC1:進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:動態蓄熱，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，
再生器內表壓，N/m2，大氣壓，N/m2，擴散係數，反應速率係數，活化能，kJ，再生器溫度，°C，
計算時用氣近似，％，
DHC:單位時間的生焦量，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)迭代校正過程，
步驟(4.1)通過焚燒爐熱量平衡，計算得到更加準確的CO含量，再利用該CO含量計算出更準確的"值，
步驟(4.2)採用步驟(4.1)得到的更新後的"值，對再生器的各煙氣成分，包括一氧化碳，二氧化碳，氧氣，氮氣和水蒸氣，按照步驟(2)進行重新估計，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，反覆迭代直至收斂，然後送到DCS顯示和使用，收斂條件為
K:。(k)-"(k-^"(。(k)…當前步再生co濃度計算值，A。(k-1)…上一步再生co濃度計算值，
按照實際生產的精度要求設定，0.1%-0.5%;步驟(5)根據包括CO含量，C02含量，再生定碳，待生定碳的化驗值，在線校正上述各量的估計值，利用尋優方法對參數進行調整，從而達到動態跟蹤實際工況變化的目的，
步驟(5.1)將化驗結果直接輸入至上位機中，手工選擇化驗結果的日期和時間，程序將根據輸入的日期和時間，査找到對應的歷史數據，歷史數據包括當時的現場變量和估計值，
步驟(5.2)比較化驗數據和估計值，將偏差補償於原模型中，步驟(5.3)在程序中手工設定新歷史數據時間T,和總歷史數據時間T2， T2>T,，每輸入時間跨度達到T,的化驗數據，程序將對最近T2時間內的數據，按照步驟(2)到步驟(4)的過程，進行新的參數估計，從而有效跟蹤當前的工況動態變化。
上述技術方法具有如下效果通過基於再生器內部機理分析動態模型和外部CO焚燒爐熱量平衡，採用結果代入和模型修正的雙向反覆迭代過程，不斷提高常規再生的CO濃度軟測量精度，並使其達到生產要求；通過給出過程中的相關其他變量，為生產操作決策提供了有效的生產過程操作狀況的實時信息；通過在線校正，利用化驗結果對模型進行實時修正，動態跟蹤現場工況，實現了軟測量的長期性和良好的適應能力。


圖l是本發明實施例的再生煙氣成份在線動態軟測量流程圖2是本發明實施例的再生煙氣成份在線動態軟測量總體實現原理圖3是本發明實施例的現場運行結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
本發明的特徵在於該方法採用聯合利用再生器機理分析動態模型和外置CO焚燒爐部焚燒爐熱量平衡，以及基於機理分析的在線實時工藝計算技術與動態模型觀測計算相結合的特殊方式，實現了催裂化裝置再生器不可測量變量的動態軟測量，包含1)再生器內部機理分析動態模型建立，2)再生器外部CO
焚燒爐熱量平衡模型建立，3)迭代校正過程，4)在線校正過程四個模塊，其
總體實現方案流程圖和總體實現原理圖參見附圖1和附圖2，包含以下步驟1、步驟l:建立再生器機理分析動態模型，基於生產過程實時測量數據，進行在線計算
再生器內部的反應方程
1 + " ; 2 l + " 2 1 + / 公式o一i
其中，"為再生反應煙氣中C02與CO之比，"為吸附在催化劑上的焦炭的氫、
碳質量比，為已知值。
據國內研究者實驗結論，"與再生反應中的溫度、氧分壓有如下關係- = 10， + (T -793)x 0.001797],r > 793夂 公式0隱2
T:再生反應溫度，°C，P:再生反應壓力，N/m2，Y:氧的摩爾分數，％，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)
的方程聯立。
由於在線分析儀可以測得再生器出口煙氣氧含量，所以模型計算以耗氧速率為入口。耗氧速率取決於進入再生器的空氣氧含量和同時進入再生器稀相的煙氣氧含量(假設反應都在密相中進行)。測氧儀測得的氧含量並非剛進入再生器稀相的氧含量，並且再生器稀相具有動態積蓄。
設延時時間為Td，採樣時間為i;，稀相容積為Vrg，進口煙氣總風量為Rd，再生器出口煙氣量為Ra2，再生器出口煙氣氧含量為《。。，進再生器稀相氧含量氣，那麼有如下動態方程
^X^^^。2(,)(氣("。—"。。(0) 公式0 —3
t:當前時刻
離散化後可得總耗氧速率，m3/h:i 。(、)= 0.21i 。,(、)-W。2(k)w。,(、)
_ l-闊《艦 )
公式0 -4
Ral:再生器進口總風量，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，％，
氣進再生器稀相氧含量，％，
k:表示第k個離散時刻，
Ts:採樣時間，h，
Vfg:再生器稀相容積，m3，
Td:煙氣進入再生器稀相到離開再生器的延時時間的延時時間，h，2)步驟1.2:估算煙氣組成
利用催化裂化再生過程焦炭與氧的反應方程，可以對煙氣的成分進行計算。因為該方程的參數(主要是CO與C02的比值")並非嚴格準確，加上化工過程固有的諸多不確定因素，因此直接計算的值只能作為估計，目的在於確定煙氣的比熱，以便通過焚燒爐計算相對準確的煙氣成分。
按下式估計再生煙氣的組成性質，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氣含量 。=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 ，
"為再生反應煙氣中co2與CO之比，其值將通過迭代校正的方法逼近真值，初始值由下式估計
"=lO戶y[l + (71 - 793)x 0.001797],7 > 793〖
T:再生反應溫度，°C，P:再生反應壓力，N/m2，Y:氧的摩爾分數，％，
"具體迭代校正的過程將在步驟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氣流量 =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來表示，將上式和步驟l.l中關於耗氧速率的方程聯立，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: 二氧化碳氣體比熱，J/kg/°C，CC0: —氧化碳氣體比熱，J/kg/°C，C。,氧氣比熱，J/kg/°C，C—水蒸氣比熱，J/kg/。C，
cN2:氮氣比熱，J/kg/°C，
P。2:再生器出口煙氣密度，kg/m3，Pe。2: 二氧化碳氣體密度，kg/m3， Pe。 一氧化碳氣體密度，kg/m3， 氧氣密度，kg/m3， Ph2。水蒸氣密度，kg/m3， PN2:氮氣密度，kg/m3,
3) 步驟1.3:估計待生催化劑循環量Ra、再生催化劑循環量Rc2， kg/h， 催化劑循環量可以反映生產狀況， 一般採用熱平衡法進行計算。利用催化
劑進出再生器的溫度變化，考慮各種散熱傳熱和燒焦反應的放熱，並引入動態 蓄熱，從而建立動態熱平衡方程求解。 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:待生催化劑循環量，kg/h， Rc2:再生催化劑循環量，kg/h，
H:再生器藏量，kg，
Qc:催化劑帶走熱量，J/h， TC1:進再生器催化劑溫度，°C， TC2:出再生器催化劑溫度，°C， 單位時間總燒焦熱，J/h，
Qa:煙氣帶走熱量，J/h，
Ql:熱散失，J/h，
QT:脫附熱，J/h， QD:動態蓄熱，J/h， Qq:取熱器散熱，J/h，
4) 步驟1.4:估算總生焦量、生焦率
單位時間總燒焦量We， kg/hformula see original document page 20
其中，"為吸附在催化劑上的焦炭的氫、碳質量比，為已知值，
總生焦率、％
formula see original document page 20
5)步驟1.5:估算待生定碳、再生定碳
這裡由燒焦動力學，考慮擴散阻力和反應阻力，並認為再生器內催化劑處 於均勻混合態，由此得到了關於密相氧含量與再生器內各個操作條件相關的機
理方程formula see original document page 20其中，公式裡的各個參數採用了PSO (微粒群)算法進行尋優，在訓練集和
測試集上獲得了很好的估計精度。
從而得到再生定碳的表達式
formula see original document page 20
於是，待生定碳為formula see original document page 20
再生器密相氧氣含量，計算時用w。,近似，％， H，再生器密相藏量，kg，
再生器內表壓，N/m2， Pa: 大氣壓，N/m2，kD02:擴散係數，
kR2: 反應速率係數， ECB:活化能，kJ， TV 再生器溫度，
DHC:單位時間的生焦量，t/h;
2、步驟2:建立再生器外部焚燒爐熱量平衡模型，細估CO含量
常規再生的再生煙氣中由於含有co，故工業上都將煙氣通入焚燒爐燃燒得 到餘熱加以利用。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 see original document page 21
這樣得到CO含量
formula see original document page 21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:迭代校正過程
迭代校正是一個雙向過程，利用再生器內部估計的CO含量和C02含量、水 蒸氣含量等，估計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，計算得到更加準確的CO含量，再利用該CO含量計算出更準確的"值。
此時，採用更新後的"值，對再生器的煙氣組分進行重新估計，得到煙氣新 的比熱和密度；再代入步驟2中的熱量平衡。由此反覆迭代，直至收斂，然後送 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)—當前步再生co濃度計算值， A。(k")…上一步再生co濃度計算值，
c…按照實際生產的精度要求設定，0.1%-0.5%;
4、 步驟4:在線校正過程
根據包括CO含量，C02含量，再生定碳，待生定碳的化驗值，在線校正上
述各量的估計值，利用尋優方法對參數進行調整，從而達到動態跟蹤實際工況
變化的目的；
將化驗結果直接輸入至上位機中，手工選擇化驗結果的日期和時間，程序 將根據輸入的日期和時間，査找到對應的歷史數據，包括當時的現場變量和估 計值；
對於輸入的化驗數據，對照程序的估計值，將偏差補償於原模型中； 在程序中手工設定新歷史數據時間Ti和總歷史數據時間T2， T2>TP當輸入 的化驗數據時間跨度達到Tp程序將對最近T2時間內的數據，按照步驟1到步驟3 的過程，進行新的參數估計，從而有效跟蹤當前的工況動態變化。尋優方案包括了短期的偏置調整和長期時間內採用PSO優化算法進行參數 再次尋優。這樣，既可以動態跟蹤當前工況的變化，又能保持長期的穩定持續 性，防止了化驗和測量結果的誤差帶來的模型調整偏差。
本發明中的方案通過編制相應軟體實現，並已經投運現場。整個軟體在上 位機上實現。
現場數據傳送通過實時資料庫RTDB連接分布式控制系統DCS和軟測量軟 件。RTDB實時資料庫從DCS取得現場數據，軟測量軟體從RTDB拿到數據並將 計算結果返回，RTDB再將計算結果傳至DCS。數據傳輸採用OPC(OLE for process control)方式。
軟測量計算軟測量軟體建立了對象模型，通過機理方式利用過程數據計 算得到所需測量的變量。軟體可以設置軟測量模型和輸入輸出變量量程等相關
參數，選擇正確的再生方式，連接RTDB實時資料庫取得數據後即可進行軟測量 計算。
程序控制在上位機上可以控制軟測量軟體的運行，並且可以指定相應參
數進行人工調整模型。
結果顯示軟測量的計算結果，通過OPC方式傳送給實時資料庫，實時數
據庫再送至DCS顯示。同時，在上位機上也可顯示所有過程變量和計算結果。
權利要求
1、催裂化裝置常規再生工藝的再生煙氣成分動態軟測量方法，其特徵在於，是在上位機上按照以下步驟實現的步驟(1)所述上位機利用實時資料庫RTDB在線地從分布式控制系統DCS取得現場數據，實驗室信息管理系統LIMS取得化驗數據，其中，現場數據至少包括再生器內溫度，主風流量，原料進料量，反應器出口溫度，化驗數據至少包括CO含量，CO2含量，再生定碳，待生定碳；步驟(2)建立再生器機理分析動態模型，並基於生產過程的實時測量數據，在線按以下步驟進行計算步驟(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)的方程聯立，<![CDATA[ R o ( kd )=0.21 R a1 ( kd )- R a2 ( k ) oi ( kd ) ]]><![CDATA[ = 0.21 R a1 ( kd )- R a2 ( k ) ( ( oo ( k + 1 )) - EXP (- R a2 ( k ) T s/ V rg) oo (k) ) 1-EXP ( - R a 2 (k) Ts / Vrg ) , ]]> top= "130" left = "46"/>m3/h其中，kd＝k-Td/Ts，Ra1再生器進口總風量，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進再生器稀相氧含量，％，k表示第k個離散時刻，Ts採樣時間，h，Vrg再生器稀相容積，m3，Td煙氣進入再生器稀相到離開再生器的延時時間，h，步驟(2.2)按下式估計再生煙氣的組成性質，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<![CDATA[ C a2 = C CO2 CO2 + C CO CO+ C O2 O2 + C H 2O H 2O + C N2 N2 , ]]> top= "27" left = "42"/>J/kg/℃再生器出口煙氣密度<![CDATA[ a2 = CO2 CO2 + CO CO+ O2 O2 + H 2O H 2O + N2 N2 , ]]> top= "47" left = "43"/>kg/m3其中，再生器出口煙氣的一氧化碳含量<![CDATA[ co= u CO/ R a2 , ]]> top= "58" left = "118"/>％，再生器出口煙氣的二氧化碳含量<![CDATA[ CO2 = u C O 2 / R a2 , ]]> top= "67" left = "104"/>％，再生器出口煙氣的水蒸氣含量<![CDATA[ H 2O = u H 2O / R 2, ]]> top= "75" left = "99"/>％，再生器出口煙氣的氧氣含量<![CDATA[ O2 = u O2 / R a2 , ]]> top= "84" left = "94"/>％，再生器出口煙氣的氮氣含量<![CDATA[ NO=1- O2 - CO2 - CO- H 2O , ]]> top= "93" left = "94"/>％，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為再生反應煙氣中CO2與CO之比，其值將通過迭代校正的方法逼近真值，初始值由下式估計β＝10PY[1+(T-793)×0.001797]，T＞793KT再生反應溫度，℃，P再生反應壓力，N/m2，Y氧的摩爾分數，％，β具體迭代校正的過程將在步驟(4)中介紹，再生器出口煙氣的二氧化碳流量<![CDATA[ u C O 2 = R O ( / (1+) )/ ( (0.5+) / (1+) + 3 ), ]]> top= "197" left = "29"/>m3/h，再生器出口煙氣的水蒸氣流量<![CDATA[ u H 2O =6 R O/ ( ( ( 0.5 + )/ ( 1 + )+3) , ]]> top= "206" left = "99"/>m3/h，再生器出口煙氣的氧氣流量<![CDATA[ u O2 = R a2 O2 , ]]> top= "215" left = "94"/>m3/h，再生器出口煙氣的氮氣流量<![CDATA[ u N2 =0.79 R a1 , ]]> top= "223" left = "94"/>m3/h，再生器出口煙氣總流量<![CDATA[ R a2 = u H 20 + u CO2 + u CO+ u O2 + u N2 , ]]> top= "232" left = "84"/>m3/h，上式中除N2外，其它氣體的流量都用Ra2來表示，將上式和步驟(2.1)中關於耗氧速率的方程聯立，這樣可以解出Ra2和耗氧速率R0Ca2再生器出口煙氣比熱，J/kg/℃， top= "27" left = "19"/>二氧化碳氣體比熱，J/kg/℃，CCO一氧化碳氣體比熱，J/kg/℃， top= "45" left = "19"/>氧氣比熱，J/kg/℃， top= "54" left = "19"/>水蒸氣比熱，J/kg/℃， top= "63" left = "19"/>氮氣比熱，J/kg/℃，ρa2再生器出口煙氣密度，kg/m3， top= "81" left = "19"/>二氧化碳氣體密度，kg/m3，ρCO一氧化碳氣體密度，kg/m3， top= "99" left = "19"/>氧氣密度，kg/m3， top= "108" left = "19"/>水蒸氣密度，kg/m3， top= "117" left = "19"/>氮氣密度，kg/m3，步驟(2.3)按下式估計待生催化劑循環量RC1、再生催化劑循環量RC2，kg/h，RC1-RC2＝(H(kd)-H(kd-1))/TSQC＝RC2CCTC2-RC1CCTC1＝QO-Qa-QL-QT-QD-QqRC1待生催化劑循環量，kg/h，RC2再生催化劑循環量，kg/h，H再生器藏量，kg，QC催化劑帶走熱量，J/h，TC1進再生器的催化劑溫度，℃，TC2出再生器的催化劑溫度，℃，QO單位時間總燒焦熱，J/h，Qa煙氣帶走熱量，J/h，QL熱散失，J/h，QT脫附熱，J/h，QD動態蓄熱，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<![CDATA[ W C= R 0 1 22.4 ( 0.5 + 1 + + 3 )12, ]]> top= "27" left = "68"/>kg/h<![CDATA[ = WC R C 1 , ]]> top= "44" left = "93"/>％其中，α為吸附在催化劑上的焦炭的氫、碳質量比，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，計算時用ωoi近似，％，Hrgm再生器密相藏量，kg，Prg再生器內表壓，N/m2，Pa大氣壓，N/m2，kDO2擴散係數，kRO2反應速率係數，ECB活化能，kJ，Trg再生器溫度，℃，DHC單位時間的生焦量，t/h；步驟(3)建立再生器外部焚燒爐熱量平衡模型，細估CO含量φCO，在焚燒爐中通入瓦斯輔助燃料的條件下<![CDATA[ CO= a2 R a2 C a2 ( Tso - Tsi )+ R aa C aa ( Tso - Taa )+ wp R wp C wp ( Tso - Tw )- q w R wp R a2 co q CO , ]]> top= "208" left = "25"/>％ρa2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)迭代校正過程，步驟(4.1)通過焚燒爐熱量平衡，計算得到更加準確的CO含量，再利用該CO含量計算出更準確的β值，步驟(4.2)採用步驟(4.1)得到的更新後的β值，對再生器的各煙氣成分，包括一氧化碳，二氧化碳，氧氣，氮氣和水蒸氣，按照步驟(2)進行重新估計，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，反覆迭代直至收斂，然後送到DCS顯示和使用，收斂條件為|φCO(k)-φCO(k-1)|≤εφCO(k)---當前步再生CO濃度計算值，φCO(k-1)---上一步再生CO濃度計算值，ε---按照實際生產的精度要求設定，0.1％-0.5％；步驟(5)根據包括CO含量，CO2含量，再生定碳，待生定碳的化驗值，在線校正上述各量的估計值，利用尋優方法對參數進行調整，從而達到動態跟蹤實際工況變化的目的，步驟(5.1)將化驗結果直接輸入至上位機中，手工選擇化驗結果的日期和時間，程序將根據輸入的日期和時間，查找到對應的歷史數據，歷史數據包括當時的現場變量和估計值，步驟(5.2)比較化驗數據和估計值，將偏差補償於原模型中，步驟(5.3)在程序中手工設定新歷史數據時間T1和總歷史數據時間T2，T2＞T1，每輸入時間跨度達到T1的化驗數據，程序將對最近T2時間內的數據，按照步驟(2)到步驟(4)的過程，進行新的參數估計，從而有效跟蹤當前的工況動態變化。
全文摘要
催裂化裝置常規再生工藝的再生煙氣成份動態軟測量方法屬於生產過程軟測量技術領域，其特徵在於，該方法首先利用再生器機理分析的動態模型，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焚燒爐熱量平衡進一步估算更加準確的再生煙氣CO含量。將該CO含量估計值返回到再生器機理分析的動態模型，計算出更為準確的CO含量。重複該迭代算法，當CO估計值收斂時，即可估計出再生器重要的不可測變量。該方法聯合利用再生器機理分析動態模型和外置CO焚燒爐熱量平衡，採用基於機理分析的在線實時工藝計算技術和動態模型觀測技術相結合的方式，實現了催裂化裝置再生器不可測變量的動態軟測量，為該重要生產過程的安全生產和節能降耗提供幫助。
文檔編號G05B19/418GK101650566SQ200910092429
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月14日 優先權日2009年9月14日
發明者劉祁躍, 呂文祥, 黃德先 申請人:清華大學