乙炔加氢反应器全周期操作优化

乙炔加氢反应器作为乙烯工业流程的重要环节,其运行会很大程度上影响到乙烯产品的产量和纯度。在一个运行周期内,乙炔加氢反应器内催化剂活性会随时间推移而缓慢降低,使操作点偏移,乙烯产量会随之降低。为了实现全周期操作优化,通过研究催化剂的失活机理,提出了考虑绿油累积效果的催化剂失活动力学模型,进而改进了乙炔加氢反应器二维非均相模型。通过在gPROMS平台模拟反应器全周期运行验证了改进模型的正确性,在上层运用Matlab优化器与gPROMS平台交互求解一个运行周期的操作优化问题。优化结果表明,与定值温度补偿方案相比,全周期操作优化在经济效益和反应器再生周期两方面都要优于定值温度补偿方案,且同时优化入口温度与入口加氢量的全周期操作优化方案具有更大的优势。     

乙炔加氢串联反应器全周期乙炔转化率最优分配研究

在乙炔加氢反应器的实际生产运行过程中,乙炔加氢反应大部分在第一床层,加氢反应放出的大量热量使得床层内温度高于最佳反应温度范围,致使乙烯选择性降低,乙烯产量下降,而在进行全周期操作优化时并未考虑到此问题。因此,首先考虑温度对绿油累积的影响,修正了催化剂失活动力学方程;其次,为保证反应器各床层内温度都在最佳反应温度范围,从化学反应工程理论和实际生产过程中的安全性两个角度出发,给出两种反应器各床层乙炔转化率分配方案;最后,在常规全周期操作优化模型中添加乙炔转化率约束,建立全周期乙炔转化率分配操作优化模型,并对两种乙炔转化率分配方案进行全周期操作优化。优化结果表明,两种乙炔转化率分配方案操作优化的乙烯产量要远远高于常规操作优化,且乙炔转化率方案为33∶33∶33时,乙烯产量最高,而考虑实际生产过程中的安全性,乙炔转化率分配方案为43∶47∶10时具有更好的效果。     

乙炔加氢串联反应器全周期乙炔转化率最优分配研究

在乙炔加氢反应器的实际生产运行过程中,乙炔加氢反应大部分在第一床层,加氢反应放出的大量热量使得床层内温度高于最佳反应温度范围,致使乙烯选择性降低,乙烯产量下降,而在进行全周期操作优化时并未考虑到此问题。因此,首先考虑温度对绿油累积的影响,修正了催化剂失活动力学方程;其次,为保证反应器各床层内温度都在最佳反应温度范围,从化学反应工程理论和实际生产过程中的安全性两个角度出发,给出两种反应器各床层乙炔转化率分配方案;最后,在常规全周期操作优化模型中添加乙炔转化率约束,建立全周期乙炔转化率分配操作优化模型,并对两种乙炔转化率分配方案进行全周期操作优化。优化结果表明,两种乙炔转化率分配方案操作优化的乙烯产量要远远高于常规操作优化,且乙炔转化率方案为33∶33∶33时,乙烯产量最高,而考虑实际生产过程中的安全性,乙炔转化率分配方案为43∶47∶10时具有更好的效果。     

工艺调度对乙炔加氢反应器优化运行策略的影响分析

乙炔加氢反应器是乙烯工业中用于除去高浓度乙烯流中的少量乙炔的重要装置,该装置一般持续运行较长时间,期间反应器内催化剂活性逐渐降低,直至活性难以满足工艺要求。乙炔加氢反应器全周期操作优化一般是针对装置的一个再生周期进行的,在装置运行周期内应按照操作优化方案进行。但是,在实际工业过程中,为了满足临时的工艺调度需求,乙炔加氢反应器在按照操作优化方案运行一定时间后,需要在剩余的运行周期内临时改变操作方案,这给操作优化问题带来了更多变化和挑战。基于裕量估计和慢时变系统的控制优化框架,研究了这类在运行周期中临时改变操作优化方案的全周期动态优化问题。改变操作优化方案的方式包括：变更运行周期、追求经济效益最大化和变更优化目标、追求运行周期最大化。通过对这两种改变操作优化方案的分析,发现前者变更的运行周期越接近原定运行周期,全周期总经济效益越高,后者切换时刻越早,反应器能维持的运行周期越长,但二者的全周期经济效益均不及原操作优化方案,临时的工艺调度对乙炔加氢反应器的全周期优化运行总体上是不利的。     

BC-H-20B型催化剂在乙炔加氢中的应用

BC-H-20B催化剂投用乙炔加氢反应器后第一个运行周期内,催化剂活性较高,绿油生成量较大,对乙烯精馏塔操作带来一定的影响。分析了乙烯精馏塔液泛和乙炔反应器绿油生成量大等问题的原因,提出采用调整氢炔比和入口温度以及配入粗氢等措施进行优化调整。     

乙炔加氢反应过程混合建模与优化

针对传统单一建模方法所构建的乙炔加氢反应器数学模型存在预测性能无法满足工业实际应用需求的问题,提出了一种机理与神经网络嵌套的建模方法,充分利用机理模型包含的能质约束信息降低神经网络模型的约束违反度,得到了能够良好描述实际工业乙炔加氢反应过程特性的混合模型。基于反应器混合模型,研究了以运行效益为目标函数的优化问题。主要决策变量包括:一段反应器进料中氢气与乙炔的摩尔比(RH/A)、进料温度和反应器运行周期等几个关键参数。针对反应器长期运行后,催化剂活性降低造成的处理能力下降的问题,提出了反应温度补偿机制和RH/A并行调节的运行优化策略,并采用序列法对反应器运行周期进行离散化处理。通过引入差异化变异策略、潜在解替代策略对两阶段差分算法进行改进,采用增量式编码法结合改进两阶段差分算法,对优化问题进行求解。结果证实了优化策略与改进算法的有效性,并据此确定了反应器最佳运行方案。     

乙炔加氢反应过程混合建模与优化

针对传统单一建模方法所构建的乙炔加氢反应器数学模型存在预测性能无法满足工业实际应用需求的问题,提出了一种机理与神经网络嵌套的建模方法,充分利用机理模型包含的能质约束信息降低神经网络模型的约束违反度,得到了能够良好描述实际工业乙炔加氢反应过程特性的混合模型。基于反应器混合模型,研究了以运行效益为目标函数的优化问题。主要决策变量包括：一段反应器进料中氢气与乙炔的摩尔比（R _H/A）、进料温度和反应器运行周期等几个关键参数。针对反应器长期运行后,催化剂活性降低造成的处理能力下降的问题,提出了反应温度补偿机制和R _H/A并行调节的运行优化策略,并采用序列法对反应器运行周期进行离散化处理。通过引入差异化变异策略、潜在解替代策略对两阶段差分算法进行改进,采用增量式编码法结合改进两阶段差分算法,对优化问题进行求解。结果证实了优化策略与改进算法的有效性,并据此确定了反应器最佳运行方案。     

乙炔前加氢催化剂活性分析方法研究

乙炔加氢催化剂活性对反应器入口CO浓度变化非常敏感,量化CO浓度对催化剂活性的影响程度并预测催化剂活性与反应器入口温度的对应关系十分必要。通过反余切三角函数建立催化剂活性随CO浓度变化的模型,定量描述CO浓度对催化剂活性的影响,并结合反应器入口温度、入口原料气总质量、入口与出口各物质的含量等实际生产数据,优化动力学参数和失活模型参数,定性和定量描述催化剂活性变化后反应器入口温度的调整方法,利用此模型结合相关数据考察反应器入口温度对催化剂活性的影响。     

催化剂失活条件下的碳二加氢反应器模拟与优化

乙炔加氢反应催化剂的活性与选择性随着使用时间变化而变化,操作参数需要相应的改变从而使得收益最大化。因此本文采集工业数据,通过遗传算法拟合了反应动力学模型和失活反应模型的参数;比较了国内最普遍使用的两种催化剂的选择性和活性保持方面的性能;针对串联使用的两台装填不同催化剂的反应器组合,以运行周期、乙烯产率最优为评价标准,提出了反应器3种组合优化、负荷分配优化等优化策略。将优化策略应用于实际工业装置的分析与运行,乙烯产率和总选择性提高,效果得到验证。     

乙炔前加氢催化剂在乙烯装置上的应用及评价

介绍了Kataleuna催化剂公司开发的KL7741B－T型乙炔前加氢催化荆在大庆石化公司乙烯新区装置上的应用情况。该催化剂在2010年8月再次应用于大庆石化公司乙烯新区装置，在投用后的半年时间内，一度出现催化剂活性下降的情况。通过调整前加氢反应器各段入口温度以及进料中CO、丁二烯、硫、砷杂质的含量，该催化剂活性下降的趋势得到有效控制，乙炔前加氢反应器的运行逐步趋于稳定。     

乙炔加氢反应系统操作优化策略

乙炔加氢反应系统是乙烯生产流程中的重要装置, 在催化剂反应动力学模型和失活模型已知的情况下, 研究两组串联反应器中除炔负荷的最佳分配。通过优化计算结果显示, 一段反应器入口氢炔比尽量控制在1.0以下, 二段反应器的氢炔比根据实际需要可以从1.9逐渐提高到3.5。考虑实际的操作费用和产品价格因素, 在负荷分配优化操作的前提下, 进一步研究了反应器切换再生对整体经济效益的影响。为使其整体效益最大, 一段反应器应该使用14个月后切换再生, 而二段反应器使用4个月后就需要切换再生。     

改进型LY-C2-02催化剂在两段床装置的工业应用

中国石油辽阳石化分公司200 kt·a^-1乙烯装置碳二加氢反应器入口物料中乙炔含量高,远超过其他同类装置,采用改进型LY-C2-02催化剂后,运行周期、加氢选择性和乙烯纯度等均有大幅度提高,完全能够满足装置指标要求。     

碳二加氢催化剂KL7741B-T5的工业应用

介绍了乙炔前加氢催化剂KL7741B-T5在兰州石化乙烯厂460 kt/a乙烯装置的应用情况。在3个使用周期内该催化剂分别经受了飞温和中毒的考验,通过调整反应器的床层入口温度,控制进口物料中CO的含量以及合理分配3台反应器的除炔比,保证了碳二加氢反应器的正常运行,并对该催化剂的选择性进行了分析评价。介绍了应对裂解炉投油过程中该反应器的波动采取的有效措施。     

碳二前脱丙烷前加氢催化剂工艺条件试验

采用浸渍法制备Pd-Ag/α-Al2O3催化剂,采用碳二前脱丙烷前加氢工艺系统考察反应器入口温度、空速和反应压力对催化剂性能的影响。结果表明,随着反应器入口温度升高,乙炔和丙炔+丙二烯转化率提高,乙烯选择性提高至一定值后趋于稳定,丙烯选择性波动不大,正丁烯生成量增加,较为适宜的反应器入口温度为(60~70)℃;随着空速升高,乙炔和丙炔+丙二烯转化率降低,乙烯选择性提高,丙烯选择性变化不大,正丁烯生成量降低,较为适宜的空速为(12 000~14 000)h-1;随着反应压力升高,乙炔转化率和丙炔+丙二烯转化率略增,乙烯选择性降低,较为适宜的反应压力为3.6 MPa。     

乙炔加氢反应器二维非均相机理动态建模及分析

乙炔加氢反应器具有非线性、慢时变的特点,当前用于预测控制的模型过于简化,使得对反应器长期运行的控制效果难以达到最佳,因此有必要建立精确的模型作为乙炔加氢反应器的实验室虚拟装置,研究更加有效的控制方法。通过机理分析的方法建立了乙炔加氢反应器严格的二维非均相动态数学模型,并且考虑了催化剂失活的问题。基于动态流程模拟软件gPROMS分析了重要模型参数对反应器稳态模拟的影响,为不同的装置选择参数提供了依据,并且针对本文模拟的实际对象提供了一组数据。模拟分析了催化剂失活对于系统长期运行的影响。对所建立的动态数学模型进行了动态模拟,结果基本反映了实际生产情况。将动态机理模型线性化,得到动态机理模型在不同操作点上的线性状态空间模型特征值,以此进行稳定性分析。动态模拟和稳定性分析的结果表明,在反应温度控制开环的条件下,所研究的反应器在大范围的操作点是稳定的。     

碳二前脱丙烷前加氢催化剂PEC-21在中国石油大庆石化公司的工业试验

由中国石油石油化工研究院自主开发的碳二前脱丙烷前加氢催化剂PEC-21在中国石油大庆石化公司270 kt·a^-1装置上首次工业试验,工业试验期间催化剂表现出开工时间短和开工稳定性好的特点;1 600 h长周期运行期间,在一段反应器反应压力3.5 MPa和入口温度64.5 ℃工艺条件下,平均乙炔转化率55.7%,乙烯选择性94.8%,丙烯选择性97.8%,表明PEC-21催化剂具有优异的活性、选择性及稳定性,整体运行性能达到国际先进水平。     

流程模拟及系统优化技术在乙烯装置的应用

应用流程模拟技术,建立乙烯装置全流程模型,模拟实际生产情况。利用碳二、碳三加氢反应过程优化技术,调整反应器入口温度和氢炔比等操作条件,提高反应过程的加氢选择性和转化率。使用蒸汽管网用能与优化配置技术,合理选择输送管道的管径和保温,优化设备进出口的蒸汽温度控制要求,降低蒸汽系统能量消耗。     

HO—11催化剂在1＃乙烯装置的应用

讨论了乙炔加氢过程,为了提高反应器的选择性,要求催化剂在乙炔的吸附选择性大于乙烯,叙述了HO－11催化剂的实践应用。反应器进口物料中带硫化物时,就会发生反应器催化剂硫化物中毒,催化剂失去活性。     

沸腾床催化剂活性的工业评价方法及失活应对措施

结合煤直接液化加氢稳定装置实际运行经验,介绍沸腾床催化剂在工业应用中活性评价方法,建立操作中可实时监控催化剂活性的方案;对催化剂因颗粒破碎、金属中毒及表面积炭等原因引起的催化剂失活,采取从催化剂强度、磨耗指标控制、加强原料油管控、优化操作以及根据催化剂活性调整置换速率等一系列应对措施,延长催化剂在反应器中的运行周期,降本增效。     

丙烯羰基化过程在催化剂失活下的长周期操作策略优化

铑催化剂的使用量直接影响到羰基合成工艺的经济效益。本研究使用g PROMS软件对丙烯羰基化过程进行了过程模拟,在工况数据的基础上修正了反应动力学及催化剂的失活动力学参数,并做了催化剂失活情况下为期4年的长周期的动态过程建模。本模型根据当前工况在生产全周期中所处的位置、铑催化剂的价格以及催化剂的使用情况,对生产周期后续时间段进行了催化剂的增加策略优化、温度优化、出口气体CO浓度优化,全周期内整体的生产利润提高了2%。本研究对羰基合成工艺实际生产具有一定的指导意义,并为涉及到催化剂失活的其他工艺提供了参考。