[发明专利]一种渣油气化炉炉膛内气体组分浓度在线软测量方法

说明书

一种渣油气化炉炉膛内气体组分浓度在线软测量方法，所建立的模型基于气化炉内流体下行流动的特性，将反应器分解为以平推流或全混流来描述其流动状况的理想反应器的串联组合，利用反应过程的动力学模型建立理想反应器的机理模型，通过在线求解数学模型得到气化炉内气体组分浓度的实时数据，分为三个部分：运行数据采集部分、数学模型部分和在线计算部分，其中运行数据采集部分包括采集原料渣油元素分析及工业分析、渣油及气化剂进料量与进料温度、气化炉结构参数的实时数据；数学模型部分包括根据反应器模型中气固相质量、能量和动量衡算建立气化炉的动态数学模型；在线计算部分通过接收采集数据、编程计算、输出炉内气体组分分布信息。

技术领域

本发明属于气化炉运行参数监测领域，尤其是涉及根据工业现场采集的运行数据通过已建立好的动态模型进行在线求解炉内重要参数的一种渣油气化炉炉膛内气体组分浓度在线软测量方法。

背景技术

世界范围内的原油资源正在逐步趋于重质化，预计2020年后，重质原油储量约占全球原油可采储量的50％左右，炼油企业正面临着原料重质化和劣质化、产品轻质化和清洁化、炼制过程清洁化和低碳化的压力，尽快提升渣油转化加工水平，提升渣油转化效率，再次成为炼油企业关注的重点。渣油部分氧化法生产合成气作为一项重要的石油化工技术，在世界的许多炼油厂，特别是加工高硫原油的炼油厂，已经把渣油气化成干净的合成气作为产生电力、氢气和化工产品的重要路线，并将该过程集成为渣油气化的IGCC工艺实现。

现有的Shell渣油气化工艺流程如图1所示，渣油经泵加压和预热器预热后与氧气、蒸汽混合物由顶部喷嘴进入，经喷嘴处雾化后进入气化炉内，在1300℃、6.0MPa左右的工况下发生部分氧化反应，生成以CO和H₂为主要成分的合成气，副反应物生成量较少。生成的合成气由炉底送出，进入废热锅炉下部的分配室，而后沿一组变径的螺旋管盘旋上升并换热，再返回下部穿出废热壳壁汇合后进入省煤器中冷却，然后进入激冷器中洗去炭黑，经分离器后再到碳黑洗涤塔进一步除碳黑，此时出碳黑洗涤塔的合成气经干燥后送去色谱检测其组分摩尔分数。

Shell渣油气化炉内合成气组分含量是气化系统最重要的运行指标之一，及时、准确地获得合成气组分浓度的信息能够指导现场运行，目前对于气化炉内气体组分含量无法直接测量，通常是出炉后的粗合成气经洗涤后再送去色谱分析，其测量滞后影响了生产过程及合成气质量，基于上述情况，为了使操作人员及时掌握炉内反应状况，调整控制参数，使气化炉在良好的工况下运行，在现有的生产条件下以较低成本获得渣油气化炉炉膛内气体组分浓度的实时数据成为本发明需要解决的技术问题。

近年来，软测量技术在流程工业中获得了大量成功的应用，解决了许多不可测关键控制指标的监测问题，德士古合成气的组分气体的软测量方法(专利申请号：CN201110051898.1)，该方法分别通过三个BP神经网络的软测量模型获得碳洗塔出口德士古合成气中的一氧化碳、氢气和二氧化碳含量的软测量值。多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉膛温度的软测量方法(专利申请号：CN201110001570.9)，该方法选取若干个可测的过程状态辅助变量作为软测量模型输入变量，同时采集实际工业装置操作数据，进行数据预处理，基于BP人工神经网络实现炉膛温度软测量。

因此，针对渣油气化炉炉膛内气体组分浓度采用软测量技术是完全可行的。

发明内容

本发明的目的在于为操作人员提供炉内气体组分浓度的实时数据和确定炉内反应状况，提供一种渣油气化炉炉膛内气体组分浓度在线软测量方法。

本发明包括以下步骤：

步骤1：根据气化炉内发生的化学反应对气化炉进行分区，包括热解区和气化区；

在步骤1中，所述热解区和气化区进行建模时，根据炉内的流体流动形式，热解区的流场中存在返混，热解区建模用全混流反应器模型进行模拟，气化区上部分存在返混，剩余部分无返混，气化区建模用多个全混流反应器串联组合平推流反应器模型进行模拟。