[发明专利]催化裂化反应深度的观测与控制方法

说明书

本发明涉及管式化学反应器反应深度的观测与控制方法，属于化学反应器的控制。对催化裂化提升管反应器的反应深度提出了一种在线实时衡量方法，在此基础上，实现了一种反应深度的闭环控制。

现有技术都以反应温度的自动控制为主，辅以进料温度和流量的控制或其他可能的控制（参见Advanced  Process  Control  Handbook（Ⅳ）;1986-1989，H.P.），苏联的пиBOBAPOB曾提出用热效应来衡量反应深度，他考查了床层式反应器的进出口温度对反应深度的影响，但未考虑催化剂循环量和其他因素的影响，也未进行控制（参见нефтепер.и  нефтехнмня  No.4  5-6  1981）.STONE  WEBSTER  INC.考虑了催化剂循环量对反应深度的影响，在反应温度控制的基础上，设计了维持循环量一定的控制系统，循环量用再生器热平衡计算，调整进料温度用的常规比例积分调节器的给定值，维持循环量一定。

现有技术的不足之处是没有在线实时衡量反应深度的方法，反应温度只是影响反应深度的一个因素，在实际操作中还有很多影响反应深度的因素在变化，广泛采用的反应温度控制既使能维持反应温度不变，也不能维持反应深度在期望值，STONE  WEBSTER虽然考虑了催化剂循环量的影响，仍未给出衡量反应深度的方法，且用再生器稳态热平衡计算催化剂循环量和所用的控制方法都响应很慢，不能满足实时要求。

本发明的目的是给出一个在动态情况下衡量反应深度的标志，以此为依据，实现反应深度的动态优化控制。

本发明考虑到影响反应深度的因素进料流量、进料温度、反应温度、催化剂温度和循环量，根据化学反应机理提出用反应热作为实时衡量反应深度的标志（催化裂化为吸热反应，故称单位进料在反应过程中所需的热量为反应热）。反应热是不可直接测量的，影响反应热的催化剂循环量也没有在线实时测量方法，为了随时给出反应热的变化信息，本发明构造了一种不可测变量的观测器，及时地给出了催化剂循环量和反应热，为反应深度的准确控制提供了基础，实现以反应热为被控变量的闭环控制系统和基于状态方程的、具用状态反馈的单值预估控制系统;利用催化剂循环量和反应热，可以计算出剂油比、催化碳、再生催化剂含焦量、待生催化剂含焦量、生焦量和烧焦量、再生器各段氧含量和含焦量，进一步实现了这些工艺指标的在线计算和控制。

一、反应深度的观测

为在线观测反应热，本发明给出了下述反应器模型：

（1）

其中：C-单位长度内物料和器壁的热容;T-温度;t-时间;z-反应器长度;Hr-反应热;Hb-热损失;

a＝So  Go+S1  G1+S2  G2

So，Go-反应物比热及重量流量，S1，G1-蒸汽比热及重量流量，

S2，G2-催化剂比热及催化剂循环量。

为简化计算，可按实际反应器尺寸、测点、温度和物料的分布，将其按长度分段处理;在每段内，假设温度、重度、截面积、流量都是不变的;若共分为N段，则第i段可用下述模型表示（i＝0表示进反应器前）：

Ci (dTi)/(dt) +Hoi-Hbi＝Goi Hri（2）

其中：Ci-第i段物料和器壁的热容;Hbi-热损失;Hri-第i段反应热;

Hoi = ∫ n - 1 n adt ]]>（第i段物料出进热焓差）

Ti和Ti-1-分别为第i段出、入口温度。

总的反应热是：

Hr = Σ i = 1 n Hri ( 3 ) ]]>

对（2）式离散化，并忽略热损失，得下述方程：