Distribution and State of Ni Contaminants on Resid Fluid Catalytic Cracking Catalysts—Characterization by AEM, EPMA, UV-Vis and TPR

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不同结构催化裂化沉降器模拟分析

随着催化裂化装置掺渣比的提高,沉降器内的结焦现象随之加剧,严重影响了装置的长周期稳定运转。采用计算流体力学(CFD)模拟方法,以旋风分离器敞口式加挡板(装置Ⅰ)和旋风分离器软连接加溢流斗(装置Ⅱ)2种典型沉降器为研究对象,建立了全尺寸的CFD模型,以实际生产过程中的集散控制系统(DCS)数据检验了模型的准确性。通过分析沉降器空间内的流场及温度场分布,以及油气在沉降器内的运动轨迹和停留时间分布,对不同结构沉降器的结焦趋势进行了对比分析。结果表明:相比粗旋敞口结构,软连接能有效降低沉降器穹顶空间的油气浓度;装置Ⅰ的粗旋肩部、粗旋升气管上部挡板和提升管上壁面有较多的催化剂堆积,而装置Ⅱ仅在粗旋肩部有少量的催化剂堆积;同时装置Ⅱ的溢流斗结构可明显降低粗旋底部的泄气率,减少油气平均停留时间,降低了结焦风险。

工业催化裂化汽提器内气固停留时间的数值模拟

在双流体模型以及团聚修正曳力模型的基础上,采用停留时间分布(RTD)模型,对工业催化裂化装置汽提器内气体和催化剂的停留时间进行了模拟计算,得到了人字型挡板、盘环型挡板和两段环流汽提器内气固两相的RTD特征。三种结构汽提器中气体的RTD曲线都呈现很不平滑的多峰分布,而催化剂颗粒的RTD曲线则呈现平滑的单峰分布,气体及催化剂颗粒的RTD曲线都出现了拖尾现象。模拟结果表明,三种汽提器内气体及颗粒的流动明显偏离平推流,催化剂的返混程度比气体强。与人字型挡板相比,盘环型挡板改善了汽提器内气固接触效果,从而提高汽提效率;与人字型挡板和盘环型挡板相比,两段环流汽提器不但改善了气固接触效果,还延长了催化剂颗粒的停留时间,并且降低催化剂的返混程度,模拟结果解释了工业两段环流汽提器汽提效率最高的原因。

催化裂化汽提器内颗粒停留时间分布的数值模拟

采用计算流体力学数值模拟方法对空筒型和人字形挡板汽提器内的气固两相流动进行模拟,模拟中采用示踪技术得到了催化剂出口处颗粒的停留时间分布,采用死区模型对停留时间分布曲线进行分析,得到了两种汽提器内的死区、活塞流区及全混流区的体积分数。模拟结果表明,人字形挡板汽提器的死区体积约为10%,活塞流区体积大于40%,全混流区体积小于50%;空筒型汽提器的死区体积占反应器体积的15%～35%,活塞流区体积为10%～25%,全混流区体积为50%～60%;人字形挡板汽提器能够减小死区体积及全混流区体积,增大活塞流区体积,从而提高汽提器体积的利用率,降低颗粒的返混程度,提高汽提效率。

工业RFCC汽提段内颗粒混合情况的CFD模拟

用计算流体力学方法对人字型挡板、盘环型挡板和两段环流3种工业重油催化裂化(Resid Fluid Catalytic Cracking,RFCC)汽提段内的气固两相流动进行了模拟研究,考察了汽提段内的颗粒体积分数分布情况;结合模拟示踪技术得到了催化剂出口处颗粒的停留时间分布(RTD),通过对RTD曲线进行分析,得到了表征汽提段内颗粒混合特性的参数,平均停留时间(tm)、无因次方差(σθ2)、Peclet准数(Pe),以及死区、活塞流区和全混流区的体积分数。模拟结果表明,环流汽提段外环区和内环区间存在密度差,是催化剂环流流动的推动力。人字形挡板汽提段内的tm最小,σθ2最大,Pe值最小,同时死区体积达到了汽提段体积的40%,而活塞流区体积仅占15.8%,说明其中颗粒的返混非常剧烈,汽提效率最低。相对于盘环型挡板汽提段,两段环流汽提段内颗粒的σθ2较大,Pe较小,颗粒的整体返混程度高于盘环型挡板汽提段。但从死区模型的分析看,活塞流流动的增强有利于促进气固间的传质,死区体积增大则是由于环流流动的增强所导致的,这些都有利于提高汽提效率。两段环流汽提段内活塞流区体积为26.8%,死区体积占32.3%,都大于盘环型挡板汽提段,使环流汽提段的汽提效率更高。

重油催化抑制结焦沉降器油气停留时间的数值模拟

采用标量输运方程数值模拟了重油催化防结焦改造后沉降器内油气停留时间的分布。结果表明,沉降空间油气停留时间分布曲线呈单峰形式;在忽略油气质量流率极小量,即油气质量流率小于10-3kg/s时认为不存在油气的情况下,由汽提段进入的油气主流停留时间大致为13s,最短约7.5s,最长也不超过60s;由粗旋料腿入口进入的油气主流停留时间约16s,最短不足6s,且几乎所有油气的停留时间都小于70s。油气在沉降器内总体平均停留时间约26s。对比尺寸近似的常规沉降器和FSC沉降器内油气停留时间分布发现,抑制结焦沉降器的平均停留时间较短,比常规沉降器缩短79.8%,比FSC沉降器缩短81.9%;预计防结焦改造后沉降器沉降空间结焦情况大为减轻。

5种催化裂化原料的裂化性能研究

利用XTL-5型提升管中试装置,对中国石油化工股份有限公司洛阳分公司催化裂化原料各组分的裂化性能进行了评价。结果表明:在完全相同的催化剂和操作条件下,减压蜡油、脱沥青油、常压重油、混合原料和拔头轻油浆的转化率分别为74.00%,69.91%,70.43%,67.16%和36.84%;其裂化性能从优到劣的顺序为:减压蜡油,脱沥青油(与常压重油相似),混合原料,拔头轻油浆;其中掺炼拔头轻油浆对催化进料的裂化性能影响很大,使催化裂化产品的分布明显变差。

RFCC沉降器内流动及传热过程的数值模拟?

针对重油催化裂化(RFCC)沉降器结焦问题,采用计算流体力学方法,建立了一套160万吨/年工业重油催化裂化(RFCC)沉降器油气流动和传热的数学模型。通过模拟研究考察了沉降器内的速度、温度以及油气分压分布,结果表明,油气运动速度低、分压大易导致结焦。通过计算粗旋、顶旋以及汽提段等各部分油气在沉降器内的停留时间分布发现,粗旋料腿处进入沉降器的油气含量高且停留时间很长,对沉降器结焦的影响最大,因此降低粗旋料腿处进入沉降器内的油气量是防结焦的关键。

一种改进的多变量动态矩阵控制算法及应用

为克服重油催化裂化分馏塔控制中存在的满足镇定设计的同时,难以优化系统性能的不足。以PID和DMC(Dynamic Matrix Control)为基础,提出一种新型多变量PIDDMC算法。该算法兼具PID结构简单、参数方便调节,和DMC滚动优化、鲁棒性强的特点。利用Lyapunov稳定性理论证明了该算法可保证系统闭环稳定。以Shell公司重油催化裂化分馏塔为控制对象,仿真验证了该算法克服了PID超调量大,过程输出耦合严重,及DMC绝对误差积分值大的缺点。在模型匹配及模型失配情况下,都具有静态误差小、超调小、调节时间短和鲁棒性强等优点,对多变量过程具有良好的控制效果。

RFCC沉降器内油浆重组分结焦反应过程的实验模拟

利用自制的热转化生焦实验装置和热重分析仪,考察了反应条件和油浆的性质对油浆重馏分热转化生焦的影响。结果表明,油浆的n(H)/n(C)、残炭值、结构族组成等性质对其生焦率的影响要远大于反应时间、反应温度和油浆中催化剂含量等反应条件的影响。油浆中重组分馏分沸点的高低不能有效反映其生焦倾向,而重组分中的沥青质和胶质是生焦的主要前驱物,其芳碳率与生焦率有较好的线性对应关系。改变沉降器的操作条件可以缓解沉降器的结焦程度,但防止结焦的根本途径是通过调节主提升管的反应条件,从而减少进入沉降器的油气中的结焦前驱物胶质和沥青质的含量。

延长催化裂化装置设备衬里寿命的有效措施

较详细地介绍了济南分公司1400kt/a重油催化裂化装置工艺设备和管道非金属衬里结构的选型、衬里料的优化选择以及施工和操作等,并进行了较深入的分析。认为“要有高质量的衬里,设计合理是前提,材料质量是基础,精心施工是关键,操作平稳是保障”。

流化催化裂化沉降器内油气的流动规律

采用Reynolds应力输运模型对一种催化裂化沉降器内的油气流动状况进行了全尺寸的数值模拟。在计算过程中未对沉降器的复杂结构进行简化,所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间。计算结果表明:粗旋分离器排气管出口的油气呈旋转射流状态喷出,弥漫于庞大的沉降器空间,流动缓慢,经历了较长的停留时间后才能进入顶旋分离器;大量油气在高温下长时间的停留将导致沉降器内大量结焦,对催化裂化的安全长周期运行造成隐患。

多变量ARX-Laguerre函数PID预测控制算法及其应用

针对重油催化裂化分馏塔控制系统满足稳定设计却难以优化系统性能的问题,提出了一种基于多变量ARX-Laguerre函数模型的PID预测控制(multivariable ARX-Laguerre function model predictive control combined with proportion integration differentiation,MALMPCPID)算法。以增量式的多变量ARX-Laguerre函数为预测模型,通过带有遗忘因子的最小二乘递归方法在线辨识Laguerre系数矩阵,并将滚动优化的性能指标改写成PID参数形式,以提高系统的动态性能。将所提的MALMPCPID算法应用于Shell公司重油催化裂化分馏塔进行仿真实验并与现有算法进行对比。结果表明,所提算法对多变量强耦合过程具有良好的控制效果,而且快速性和解耦能力得到了大大提高。

重油催化裂化汽提过程的数值模拟

采用计算流体力学方法,建立了汽提段内待生剂吸附烃类物质的脱附和反应模型,耦合流动和传递模型,建立汽提过程流动-传递-反应的综合模型。采用该模型对一套工业重油催化裂化(RFCC)汽提段内的流动和反应状况进行了模拟计算,考察了待生剂上烃类物质的汽提反应过程,分析了化学反应对气固两相分布、气固速度分布、组分浓度分布和汽提效率等的影响,揭示了实际RFCC汽提过程中气固两相中各组分浓度的变化规律,并与文献值进行了对比。模拟结果表明,待生剂经汽提后约有3.86%(w)的烃类物质被汽提回收,汽提后仍有0.11%(w)的重油吸附在待生剂上进入再生器;进入沉降器的油气中仍含有35%(w)的重油,如何使催化剂上和气相中的重油组分充分反应是RFCC汽提过程优化的关键。

重油催化裂化装置热联合及低温热回收

介绍了中国石油化工股份有限公司茂名分公司炼油厂第三套重油催化裂化装置(简称三催化装置)与上游装置热联合及低温热的回收利用情况。通过与渣油加氢装置热联合,三催化装置共回收利用低温热32.8 MW,使装置能耗降低627.9 MJ/t(15 kg标油/t)。在成功实现与上游装置热联合的基础上,提出了与下游蒸馏装置热联合的设想。与下游装置热联合实现后,该厂可回收凝结水10t/h,节约无盐水80 kt/a,降低生产成本28万元。

轴向进剂位置对旋流反应器内流动结构影响

采用欧拉双流体模型研究了不同轴向进剂位置下旋流反应器内颗粒浓度、停留时间分布和粒级分离效率,并引用颗粒不均匀度DN和径向返混度Br来描述反应器内混合与返混程度。结果表明:不同轴向进剂位置下颗粒浓度轴向分布曲线相似,轴向进剂位置ra=90 mm时颗粒分布较均匀;随着轴向进剂位置增大,颗粒停留时间变长,返混程度减弱,而进剂结构ra=80 mm时却出现较强的"射流返混";三种进剂位置下dp≥5μm颗粒都被完全分离,只有ra=80mm进剂位置对于dp≤4μm的颗粒仍然有一定的捕集作用。

苯和噻吩在重油流化催化裂化催化剂及其活性组分上的吸附

利用智能重量分析仪测试了在30℃与400℃下苯和噻吩在重油流化催化裂化(RFCC)催化剂及其主活性分子筛组分上的吸附-脱附曲线和程序升温脱附曲线,并将其与催化裂化过程中的原位降硫性能进行了关联。结果表明,噻吩在RFCC催化剂上不仅存在着物理吸附和化学吸附,还会发生低聚反应;苯与RFCC催化剂间的作用力较弱,只存在1种吸附位,400℃下苯在RFCC催化剂上以扩散过程为主,这样可减少汽油因深度裂化而造成的辛烷值损失,提高RFCC催化剂对目标产物的选择性和耐结焦性能;噻吩在RFCC催化剂上的饱和吸附量远大于苯,说明RFCC催化剂对噻吩类硫化物的吸附选择性较好。

一种低焦炭产率的新型渣油裂化催化剂

本文叙述了一种低焦炭产率的渣油催化裂化催化剂的设计构思及研究开发结果，介绍了CC－16催化剂的物化性质和反应性能。由于该催化剂具有焦炭产率低的特点，在装置烧焦能力受限情况下，可较大幅度多掺炼渣油，为炼厂创造显著的经济效益。

广州石化重催四机组改造安装分析

重催旧机组由于振动大、效率低,已无法满足生产的要求,为此对四机组进行了改造。调整设备的某些参数、利用旧基础,采用环氧砂浆座浆法和合理的对中安装工序。改造后,四机组能满足生产长期稳定运行的需要。