fccu反应再生部分动态建模与仿真系统研究

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1、厦门大学硕士学位论文FCCU反应再生部分动态建模与仿真系统研究姓名：陈玉石申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：江青茵20070701摘要催化裂化是目前炼油厂中的核心加工工艺，国内外对催化裂化反应再生系统的研究十分活跃，其中大量研究工作是关于工艺参数的变化对反应过程的影响，但反应一再生器是一个多参数，非线性、时变及多变量紧密耦合的复杂系统，为此就要建立能反映其化学反应规律的动力学模型，分析和研究反应再生系统动态特性，对其进行设计改进、参数优化以及自动控制系统的建立、控制系统的可靠运行至关重要。本文基于以上原因，在综合

2、考虑了物料衡算、能量衡算等方程的基础上，采用机理建模方法，建立了催化裂化反应再生系统的动态简化数学模型。在提升管反应器的建模过程中采用五集总(原料油，柴油，汽油，气体，焦炭)动力学模型，再生器采用烧焦罐烧碳反应动力学模型，烟气耗氧动力学模型，再结合提升管二段反应温度，再生催化剂温度方程构建成了反应再生系统数学模型。为了解决反应动力学参数，利用某工厂催化裂化装置的现场数据，引用工程数学软件MATLAB7．0中Nelder-Mead单纯形法，然后对求得动力学参数代入模型中进行验证，再通过MATLAB中ODEl5s算法对反应再

3、生系统模型进行仿真模拟，得出结果与现场采集到的数据能够基本吻合。随后，对提升管反应器模型进行简化，根据反应几乎是在瞬问完成的特点，忽略反应的动态过程，简化后的模型仍然可以很好地反映反应再生系统的动态特性。最后，本文根据上述简化的动态模型，在本实验室开发的XD-APC软件平台软件上组态，创建了反应再生仿真系统，完全模仿实际工业装置的计算机控制过程，并分析研究了催化剂流量、反应温度、进料量以及空气流量对整个系统的动态响应，其结果与实际工业的变化趋势一样，再次证明模型总体上可以正确地反映反应再生系统的动态特性，可以用来作为逼真

4、的虚拟环境来实现工业过程的仿真研究。关键词：反应再生系统；动态建模；仿真ABSTRACTFluidcatalyticcracking(FCC)unitisoneofthekeyprocessesinmodempetroleumrefming．Mainlystudytheinfluenceoftechnologyinnovationonreactiveprocessindomesticandabroad．ButFCCreactorandregeneratorisacomplexsystemforitsmultivariab

5、le，time—varyingandnonlinearcharacteristics,themodelingofthesystemofcomplexkineticsreactionsshouldbestudied．AdynamicmodelisputforwardtostudytheoperatingcharacteristicsofFCCreactorandregenerator,itisalsoofgreatimportanceforthedesign，optimizationofoperationparameter

6、sandsimulationofFCCreactorandregeneratorsystem．Basedontheequationsofmassbalance，energybalance，ageneralmathematicalmodelisdevelopedforrigorousdynamicsimulationsofFCCreactorandregenerator．Thispaperbuiltupfive—lump(includingnon—conversionlawmaterialoil，dieseloil，gas

7、oline，gasandcoke)kineticmodelofariserreactoraswellasthetemperatureofthereactorequations．CarbonburningandfluegasoxygenburningreactionkineticsmodelisusedinFCCregeneratoraswellasthetemperatureoftheregeneratorequations．Thereactionkineticsparametersofthelumpmodelweree

8、stimatedfromtheoperationdataandyieldsdataofFCCreactor(perhour)inanindustrialplantbyNelder-Meadminimizationalgorithm．ThensimulationisimplementedbytheODE15sofMat