[发明专利]催化裂化烧焦罐稳态过程模型

摘要

基于流态化快速床及输送床中催化剂簇团颗粒的概念，建立了前置烧焦式流化催化裂化装置烧焦罐部件的严格稳态过程模型，该模型能够准确预测烧焦罐轴向温度、压力、组成、空隙率以及气固相速度等变量，对于该类装置烧焦罐部件的工程设计以及操作优化具有重要的理论指导意义。

主权项

一种前置烧焦式流化催化裂化装置烧焦罐稳态模型，该模型的模型条件：烧焦罐为一维绝热反应器，径向无扩散，器壁无散热；其中物质以催化剂簇团相和气相形式存在，催化剂簇团为近似圆形的催化剂颗粒与气相的混合体；忽略催化剂颗粒与气相的传质阻力与传热阻力；忽略催化剂簇团颗粒与气相的传质阻力与传热阻力；模型由物料衡算方程、能量衡算方程、动量衡算方程、辅助方程和边界条件等五部分构成；其特征在于：(一)对于物料衡算方程：①固相物料衡算方程，i固相连续性方程， - df s dH + A ( 1 - δ ) ρ cl z s , cat Σ i Σ n v n , i r n = 0 ; ii组分连续性方程， - d ( f s z s , i ) dH + A ( 1 - δ ) ρ cl z s , cat Σ n v n , i r n = 0 ; ②气相物料衡算方程，i气相连续性方程， - df g dH + A ( 1 - δ ) ρ cl z s , cat Σ j Σ n v n , j r n = 0 ; ii组分连续性方程， - d ( f g z g , j ) dH + A ( 1 - δ ) ρ cl z s , cat Σ n v n , j r n = 0 ; (二)对于能量衡算方程： - d ( f s h s + f g h g ) dH = 0 ; (三)对于动量衡算方程：i催化剂簇团相动量衡算方程， - d ( A ( 1 - δ ) ρ cl u cl 2 ) dH = - d ( pA ( 1 - δ ) ) dH - π η cl ρ cl ( 1 - δ ) u cl 2 - A ( 1 - δ ) ρ cl g + A β f ( u g - u cl ) ; ii气相动量衡算方程： - d ( A δρ g u g 2 ) dH = - d ( pAδ ) dH - π η g ρ g δ u g 2 - A δ ρ g g + A β f ( u g - u cl ) ; (四)对于辅助方程：催化剂簇团颗粒密度，ρcl＝ρs(1‑εcl)；烧焦罐轴向催化剂簇团颗粒速度， u cl = f s C hts ρ cl A ( 1 - δ ) ; 烧焦罐轴向气相速度， u g = f g C hts ρ g Aδ ; 单位体积内气相与催化剂簇团相之间的摩擦应力，βf＝0.5CDapρg(ug‑ucl)；气相与催化剂簇团相之间的摩擦系数， C D = 24 Re ( 1 + 0.15 ) Re 0.687 forRe < 1000 0.44 forRe ≥ 1000 ; 催化剂簇团相与器壁之间的摩擦系数， η cl = 0.0025 u cl - 1 ; 气相与催化剂簇团相之间的摩擦系数，ηg＝0.316Re‑0.25；烧焦罐轴向雷诺数， Re = ρ g u g d μ g ; (五)对于边界条件，其形式如下，①催化剂、碳元素和氢元素物料衡算方程：i固相连续性方程， f s 0 = f s , spent + f s , cycle ; ii固相组分连续性方程， f s 0 z s , i 0 = f s , spent z s , i , spent + f s , cycle z s , i , cycle ; ②气相组分物料衡算方程：i气相连续性方程， f g 0 = f g , air ; ii气相组分连续性方程， z g , j 0 = z g , j , air ; ③烧焦罐进口处能量衡算方程， f s 0 h s 0 = f g 0 h g 0 = f s , spent h s , spent + f s , cycle h s , cycle + f g , air h g , air ; ④烧焦罐进口处空隙率，δ0＝δbot；⑤烧焦罐进口处压力，p0＝pbot；其中：模型变量：ap，轴向单位体积中催化剂簇团相的投影面积，m2/m3；A，轴向横截面积，m2；CD，气相与催化剂簇团相之间的摩擦系数，无因次；Chts，单位转换因子，3600s/hr；d，直径，m；f，质量流量，kg/hr；g，重力加速度，m/s2；h，气相或者催化剂颗粒比热，kJ/kg；H，烧焦罐高度，m；p，轴向压力，kPa；r，烧焦反应速率，kg/hr/kg(催化剂)；Re，轴向雷诺数，无因次；u，速度，m/s；v，化学反应计量系数，无因次；z，轴向组成，kg/kg；δ，轴向空隙率，m3/m3；ρ，密度，kg/m3；π，圆周率，无因次；η，气相或者催化剂簇团相与器壁之间的摩擦系数，无因次；βf，烧焦罐单位体积中气相与催化剂簇团相之间的摩擦应力，kg/m3/s；εcl，催化剂簇团颗粒中空隙率，m3/m3；μ，气相粘度，Pa·s；上标：0，边界条件；下标：air，燃烧空气；bot，烧焦罐底部；cat，裂化催化剂；cl，催化剂簇团；cycle，来自二密相床的再生催化剂循环流股；g，气相；i，固相组分；j，气相组分；n，烧焦反应标号；s，固相；spent，待生催化剂流股。