催化裂化装置反应再生部分控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

催化裂化装置反应再生部分控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、产品分布的要求，用再生单动 滑阀自动控制提升管（或集气室）出口温度约 480～ 510℃。 从沉降室顶旋风分离器和提升管出口快速分离器分离下来的催化剂进入汽提，与气提蒸汽蒸汽逆流接触，置换出的催化剂颗粒间和孔隙内的油气汇合进入沉降器顶旋风分离器。 10 沉降器汽提段料位由待生单动滑阀自动控制。 根据生产要求，用流控阀控制汽提蒸汽流量。 重油催化裂化装置多使用金属钝化剂。 金属钝化剂用计量泵从储罐中抽出，根据原料性质和平衡崔户籍污染情况，按一定比例与新鲜进料混合后进入提升管反应器。 采用非水溶性的金属钝化剂，还需打入一定量的稀释柴油，以提高注入管线的线 速度，防止管线堵塞。 （ 3）再生部分工艺流程 对于常规单段再生，来自沉降器汽提段得待生催化剂分布器进入再生器床层，与贫氧主风逆向接触，烧掉催化剂上大部分氢和部分碳，然后与主风分布器来的主风接触，烧焦后的再生催化剂经再生器底部的淹流管排出再生器。 夹带催化剂的再生烟气上升穿过催化剂床层料面进入设在稀相段的两极多组旋风分离器，绝大部分催化剂被分离下来返回催化剂床层。 分离后的烟气经集气室排进再生烟道，经蒸汽过热器温度降到≤ 700℃，在经第三级旋风分离器（三级），将烟气含尘量降到≤ 250mg/m3大部分烟气进入烟 气轮机（烟机）发电或带动主风机运行。 烟机出口烟气与其旁路烟气汇合，经过余热锅炉，温度降到约 180℃后排进大气。 再生压力在再生烟气全部进烟机时由烟机入口蝶阀控制；在再生烟气部分进烟机时由烟机旁路阀自动控制。 对重油催化裂化装置，再生器还设有内取热器和 /或外取热器，可通过调节外取热器滑阀开度和 /或流化风量控制外取热器取热量来调节再生温度。 对于重油催化裂化装置，再生器还设有内取热器和 /或外取热器，可通过调节 11 外取热器滑阀开度和 /或流化风量控制外取热器取热量来调节再升温度。 对于两个再生器串联的催化裂化装置，第一 再生器（一再）为不完全再生。 一再催化剂料位由半再生单动滑阀控制。 一再半再生催化剂经半再生立管、半再生单动滑阀与从一再外取热器来的冷催化剂一并用增压风送到二再继续烧焦。 二再再生催化剂经脱气罐和再生立罐、再生滑阀进入提升管反应器。 新的设计采用一再和二再集气室出口烟气在烟道中汇合，在补入适量的主风，使烟气中 CO 完全燃烧，高温烟气经高温取热炉，温度降到不大于 700℃ ，依次进入三旋、烟机、余热锅炉，最后排进大气。 二再压力控制与常规单段再生相同。 一再与二再的压差根据压力平衡由一再出口双滑动阀自动控制。 再生器喷燃烧 流程。 从封油泵来的柴油经过流控阀，从再生器密相四个燃烧油喷嘴进入再生器。 根据喷油处的温度指示，可判断燃烧油是否喷着。 （ 4）主风和增压风流程 主风机出口主风一部分进增压机，经过加压后通过流控阀作外取热器和空气提升管用风。 其余主风经过主风单向阻尼阀（与氧气混合）一部分经流控阀作再生器底部小分布环用风，其余经过辅助燃烧室一、二风次阀进入再生器，用于催化剂再生烧焦。 对于烧焦罐式的装置，主风机出口主风一部分经辅助燃烧室、主风分布器进入烧焦罐底部，其余少量主风直接进入第二密相床的分布器。 对于同轴式装置，主风机出 口主风分别进入两密相段底部的分布器。 在主风中段时，主风自保动作，主风单向阻尼阀关闭，从该阀后向再生器通入事故蒸汽以维持再生器催化剂流化。 同时原料自保动作，切断反应所有进料 ， 12 新鲜进料通过事故旁通线，可进入原料缓冲罐、回炼油罐、分馏塔底、油浆紧急放空线等，反应进料雾化蒸汽流控阀全开。 当增压风中断时，增压风自动保护作，增 压风流控阀关闭，从该阀向空气提升管通入事故蒸汽以防止空气提升管堵塞。 13 第 3 章 控制方案设计及论证 控制系统的控制目标 石油馏分的催化裂化反应是 一个气 固相的非均相催化反应，在反应器中，原料和产品是气相，而催化剂是固相，因此在催化剂表面进行裂化反应时，包括以下 7 个步骤： ○1原料油分子由主气流扩散到催化剂表面； ○2原料油分子沿催化剂微孔向催化剂的内部扩散； ○3油气分子被催化剂内表面所吸附； ○4油气分子在催化剂内表面进行化学反应； ○5反应产物分子自催化剂内表面脱附； ○6反应产 物分子沿催化剂微孔向外扩散； ○7反应产物分子扩散到主气流中去； 近年来许多中外企业增设了第二再生器，其主要控制目标为： ○1处理残炭 1％～ ％（质量）的原料时，生焦率 6％～ 7％（质量），不设取热设施； ○2采用两个串联的再生器，两个再生器的烟气自成系统，第二再生器采用外旋； ○3使用金属钝化和高效雾化进料喷嘴； ○4使用采用超稳分子筛（ USY）催化剂； 设 计控制系统应遵循的原则 以反应 再生系统为例，应用目的是平稳操作工艺、保证产品产量和质量。 要 14 达到此目的就必须保证： ○1单程转化率与总转化率：用新鲜的原料油加回炼油作为原料油来计算的转化率称为单程转化率，仅用新鲜原料油作为原料油来计算称为总转化率。 单程转化率 =总进料 焦炭气体汽油 100 ％（重） 总转化率 =新鲜原料 焦炭气体汽油 100 ％（重） ○2藏量：在反应器或再生器经常保 持的催化剂量称为藏量。 一般指分布板以上的密相床层的催化剂重量；以吨表示。 ○3空速：每小时进入反应器的油量与反应器内催化剂藏量之比。 如以重量为单位的称重量空速，如以体积为单位的称作体积空速。 ○4假反应时间：空速越大，原料油停留在催化剂上的时间越短，故用空速的倒数称假反应时间。 但此值并不代表原料油在反应器内的真正反应时间，只是一个用于比较的相对数值。 假反应时间 =空速 1h ○5催化剂循 环量 :单位时间内进入反应器的再生催化剂量，以 t/h 表示。 ○6油剂比：单位时间进入反应器的再生催化剂量（即催化剂循环量）与反应器进料量之比。 常以 C/O 表示。 油剂比 =)/ )/ht ht总进料量（催化剂循环量（ 15 自动控制系统的 基本方案 在讨论催化裂化及反应再生基本控制方案中，大多数采用的是单回路控制系统。 但也有串级控制系统。 下面就简单概述一下这些控制系统： （ 1）单回路控制系统 单回路控制系统是由被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所组 成的单回路负反馈控制系统。 它是最基本、最常见、应用最广泛的控制系统，结构简单，易于实现，适应性强。 （ 2）串级控制系统 一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称作是串级控制，两个控制器都有各自的测量输入。 但只有主控制器具有自己独立的设定值。 副控制器输出信号送给被控过程的执行器，这样组成的系统称为串级控制系统。 它主要用于对象惯性滞后打，对象具有较大的纯滞后和严重的非线性以及干扰幅值大且频繁等场合，其优点： ①由于副回路的快速作用，发生于副回路的扰动在影响变量之前即可由副控制器予以校正。 ②副对象的相位滞后，由于构成了副回路而显著减小，从而改善了回路的相应速度。 这对克服进入主副回路的扰动都是有利的。 ③串级系统对副对象及控制阀的变化具有较好的鲁棒性。 ④当副变量为流量时，副回路可以按照主回路的需要对质量流和能量流实施精确的控制。 （ 3）双重控制系统 16 一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制的控制系统称为双重或多重控制系统。 这类控制系统采用不止一个控制器，其中，一个控制器输出作为另一个控制器的测量 信号。 系统操纵变量的选择需从操作优化的要求综合考虑。 它即要考虑工艺的合理和经济，又要考虑控制性能的快速性。 而两者又常常在一个生产过程中同时存在。 双重控制系统是综合这些操纵变量的各自优点，克服各自弱点进行优化控制的。 双重控制系统增加了副回路，与由主控制器、副控制器和慢对象组成的慢响应的单回路控制系统比较，有以下特点。 ○1增加开环零点，改善控制品质，提高系统稳定性。 ○2提高双重控制系统的工作频率。 ○3动静结合，快慢结合 ，急则治标，缓则治本。 控制方案的设计及论证 控制设计 对于催化裂化反应及再生控制，我认为应需从三个方面来考虑设置必要的控制系统 : ○1物料平衡控制 所谓物料平衡主要是指进入和排出反应 再生系统的个种物料的平衡，如原料与产品、单程转化率与回炼油比、烧焦与生焦、供氧与需氧、催化剂的损失与补充、气体产量和气压机能力的平衡等。 ○2 反应热平衡控制 热平衡是指反应需热和供热的平衡，反应所需热量的提供主要是再生器烧焦 17 放 出的热量通过催化剂循环传递到反应器，因此反应器和再生器应保持需热和供热的平衡，才能保持一定的反应温度和再升温度。 反应温度和再生温度的确定分别是根据原料油性质、生成方案、对转化率的要求和烧焦放速度及再生形式的要求确定的，操作中往往控制反应温度。 再升温度和再生器热平衡的结果。 ○3约束条件控制 为保证反应再生系统的正常、安全操作，必须使某些操作参数限制在约束条件之内。 催化裂化反应再生装置约束条件为工艺能否达到使结焦的催化剂恢复到催化反应要求的活性标准。 直接的判别标准是再生催 化剂含碳量，间接的标准则是催化剂的平衡活性。 不同类型的催化剂对反应再生催化剂的含量的要求相差很大。 如今广泛使用沸石催化剂要求 CR值进一步降到 ％～ ％，以适应催化剂本身活性降低的条件。 考虑到不少工业催化剂在 730℃以上的水热稳定性差，如果要求 CR 不大于％，一般要采用特殊的待生剂进入方式和分配结构或者两段再生工艺，让少部分的催化剂藏量处在第二段的高温下（该段烟气中水蒸气量少，水热失活相对减轻），第二段烧炭强度虽较低，但可以从第一段的高的烧炭强度得到补偿。 循环床再生工艺 CR值一般为 ％左 右，这时快速床出口温度 700℃ .如果提高温度，或者降低平均烧炭强度，可以得到更低的 CR。 反应再生器内催化剂量占装置的系统总藏量的 70％以上，温度高达 700℃以上，水蒸气分压在 20～ 30Kpa，这样的条件促使催化剂的失活，可以认为反应 再生系统催化剂的永久失活主要取决于再生器的工艺条件。 对于单段再生这个温度 18 上限约为 730℃，对于两段再生的第二段温度可适当提高。 当加工高金属渣油时，为了保持平衡剂上的重金属含量二允许较高的置换率，因而平衡活性也较高，为此考虑使用含重金属不高的商品平衡剂进行置换，保持适当的平衡活 性。 控制方案的设计及论证 不同催化裂化类型的主要差别在于不同类型的反应 再生部分，下面介绍两种反应 再生系统的控制方案。 ○1密相床流化催化裂化：原料油由原料油泵生压后，顺序通过一系列换热器，分别与分馏塔顶循环回流、中段回流、轻、重柴油、塔底油浆换热，然后与回炼油和并进入加热炉加热到 300～ 400℃，由加热炉出来的原料油、回炼油与分馏塔塔底出来的部分回炼油浆混合组成反应总进料经过若干喷嘴，用雾化蒸汽喷入反应器稀相提升管，在其中与来自再生器的高温催化剂（ 580～ 600℃）接触，随 即汽化并进行反应，油气在稀相提升管内的停留时很短，约 20％～ 30％的反应在此进行，经过部分反应的油气和催化剂混合物进入进料弯管，并通过分布板再进入反应器的密相床层内继续反应，大部分反应在密相床中完成。 ○2提升管流化催化裂化：新鲜原料和回炼油在加热炉入口汇合，经加热炉加热至 360～ 400℃，然后喷入提升管底部与高温再生催化剂相遇，立即全部气化，并高速通过提升管反应器，反应温度为 470～ 510℃，反应时间为 3～ 4s。 提升管下部不同高度设两个以上的进料点，以控制原料不同的停留时间，反 应后的汽油经顶部伞帽快速分离，迅速分离出大部分催化剂，油气与其携带的少量催化剂经两级旋风分离器，在此分出部分催化剂后，经集气室排出，进入分馏塔。 下面我就分别讨论及。