CN103380195A - 流化床焦化反应器的进料方法 - Google Patents

Abstract

流化床焦化反应器设备包括反应容器；在反应容器内用于测量反应器温度的温度传感器；用于以质量流量供给固体颗粒到反应容器中的固体进料机构；用于以操作进料速度供给原料到反应器中的原料进料机构；以及被编程以确定在以反应器温度操作并以质量流量接收固体颗粒时的反应器的上限原料进料速度的监督控制器。所述上限原料进料速度定义为淤积在固体颗粒流化床的选定部分上的原料的进料速度，当在流化床中具有选定的返混程度的条件下操作反应器时在反应器中导致反流态化，其中返混程度模化为选定的串联排列的反应器的数量，并且每一个在连续充分混合条件下操作，选定的反应器的数量为一至无穷大之间的整数。

Description

流化床焦化反应器的进料方法

技术领域

本发明一般性涉及在流化床焦化反应器中液态烃的热处理。

背景技术

流化床技术已经应用于被称为“焦化”的烃处理类型。在商业焦化方法中，烃原料是在高于约350℃、通常高于430℃、但通常低于580℃的温度下反应的。焦化方法中的目标化学物质主要位于给料的“沥青”级分中，通常定义为沸点高于524℃的油级分，其基于标准行业测试方法。自20世纪40年代以来，在专利文献中已经出现了许多流化床焦化反应器，其中的一个实例公开于US2,895,904。术语“流化焦化”已经成为在该专利中描述的焦化反应器的同义词。

图1（现有技术）示出了具有流化床23的传统流化焦化反应器15。在流化焦化方法中，热固体颗粒进入反应器15，流化床23的表面之上的稀相区19中，并通过流化气体流化。固体颗粒的排出发生在反应器15的底部。进料在若干不同高度20以液相喷射到流化床23中，在该处其对部分硫化固体颗粒进行涂覆。在流化床中混合的固体的性质导致在流化床中的固体颗粒通常很好地混合的情况。

在图1所示的传统流化焦化反应器中，进料的级分组成了液相沥青，其分布于加热焦化固体颗粒的流化床上，所述固体颗粒为裂化反应提供热能。裂化反应产生固体烃副产物（“焦炭”），其淤积到最初涂布有液相沥青的固体颗粒上。流化固体颗粒提供的表面区域导致这些反应器相对高的传热速率。流化焦化方法是连续的，将固体颗粒以相同速率加入并排出。排出后，所述固体颗粒在再次引入反应器中之前被加热。此外，由于焦炭淤积在流化固体上使得固体量增加，等当量的固体必须被清除以维持反应器内的稳定状态的条件。

流化床所存在的操作挑战是维持流化条件。当床“反流态化（defluidize）”时，气体相对于固体颗粒的移动所提供的曳力将不再能够支持固体颗粒的重量。然后该床“塌陷（slump）”，由于该床不再是流化的，因此固体颗粒之间重新建立紧密接触。反流态化的床被称为固体的“填充床”。在操作过程中流化床的反流态化构成了严重的操作挑战，这是因为床流动性的损失导致系统以不符合连续流体的方式运转。

对于其中硫化固体颗粒提供将液态烃进料转化成较低沸点产物和凝结的焦炭副产物所需的能量的石油应用，在反流态化事件后，情况只是更加劣化。在反流态化事件时存在于系统中的任何液体将继续反应。所形成的焦炭将相邻的固体桥接在一起，基本上将整个床粘合在一起作为单一的内聚单元。如果在反流态化事件后继续添加新鲜的进料，那么该问题被放大。最终结果是，该处理单元不得不被关闭以进行维修，其需要使用水激光器、或其他机械装置从反应器中将固体块切除。进行该活动需要相当大的费用，对炼油厂的上游和下游都有影响。

通过湿颗粒的附聚作用引发反流态化的机制在流化床焦化方法中特别重要。当由于引入过多的液体进料使流化床焦化反应器反流态化时，该床被称为“被淤积（bogged）”，而导致淤积床的方法称为“淤积（bogging）”。英国专利759,720公开了用于将重质烃进料转化为低沸点产品的供给流化焦化方法用的操作准则，特别是定义了最大进料速率，在该最大进料速率之下，将避免通过淤积的反流态化。在该专利中，公开了其中热流化固体连续进料到流化床焦化反应器，而冷固体以相同速率排出的流化焦化方法。如在该专利中所描述的，在实验室规模的流化床单元中获得了大量数据，其中没有添加或从反应器中排出流化固体；该操作模式是指基础化学工程文献中的“分批补料”反应器。来自分批补料反应器的数据用于经验地公式化用于计算可维持硫化条件的最大可能进料速率的数学关系。模型的输入为：反应器温度、以及在新鲜进料中焦炭形成物料的量，通过标准“康氏碳数（Conradson Carbon Number）(CCR)”测试确定。在行业内熟知的是，“微残碳（Micro Carbon Residue）(MCR)”测试或可以有效地用于替代CCR的等效测试。经验因子用于反映放大的影响、在颗粒上进料分布的效率、流化固体的特性、流化气体速率。

虽然英国专利759,720公开了一种供给流化焦化工艺的方法，但是为该模型所积累的数据是使用分批补料反应器获得的。分批补料反应器的构造大大不同于流化焦化方法，最显著的区别在于分批补料反应器中的固体不循环。因此，不清楚将流化床焦化反应器的反流态化的预测基于以分批补料反应器所获得的数据是否准确。此外，英国专利759,720没有提供任何对如何高效地操作表现出没有与相应地流化固体很好混合的混合特征的流化床反应器的启示。特别是，不清楚如何将英国专利759,720所公开的方法应用于供给主要是塞流特性的流化床反应器，例如本申请人自己的PCT公开号WO2005/040310中公开的横流式流化床反应器。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了流化床焦化反应器装置，其包括：具有进料入口、固体入口、固体出口和流化气体入口的反应容器；用于测量反应器温度曲线的在反应容器内部的温度传感器；与固体入口连通的用于向反应容器中供给固体颗粒的固体进料机构；与进料入口连通的用于向反应器中供给原料的原料进料机构；以及监督控制器。该控制器与温度传感器连通以监控反应器温度曲线，与固体进料机构连通以监控和控制固体颗粒的质量流量，以及与原料进料机构连通以控制向反应器中供给原料的速率。该控制器具有存储器，其编码有通过控制器执行的步骤和指令以确定当在流化床中具有选定的返混程度的条件下操作反应器时导致在反应器中反流态化的原料进料速度的上限原料进料速度，其中所述上限原料进料速度是固体颗粒质量流量、反应器温度曲线、反应器混合特征和以下特性的函数：原料、固体颗粒、以及向反应器供给的流化气体。所述存储器进一步随附有可执行的步骤和指令，比较原料设定点进料速度以确定上限原料进料速度，当原料设定点进料速度高于上限原料进料速度时，控制原料进料机构以在设定点进料速度F_SP进料或者控制固体进料机构以质量流量S供给固体颗粒，以使得原料设定点进料速度为上限原料进料速度或低于上限原料进料速度。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作流化床焦化反应器的方法，其包括：

（a）监控向反应器中供给的固体颗粒的质量流量；

（b）监控反应器中的温度曲线；

（c）在反应器中以原料设定点进料速度供给原料到固体颗粒流化床上；

（d）确定上限原料进料速度，其为当在流化床中具有选定的返混程度的条件下操作反应器时导致反应器中反流态化的原料进料速度，其中所述上限原料进料速度是固体颗粒质量流量、反应器温度曲线、反应器混合特征和以下特性的函数：原料、固体颗粒、以及向反应器供给的流化气体；以及

（e）比较原料设定点进料速度以确定上限原料进料速度，当原料设定点进料速度高于上限原料进料速度时，控制原料进料机构以在设定点进料速度进料或者控制固体进料机构以质量流量供给固体颗粒，以使得原料设定点进料速度为上限原料进料速度或低于上限原料进料速度。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算机可读介质，其编码有通过控制器执行的步骤和指令以确定在反应器温度曲线操作并以质量流量接收固体颗粒的流化床焦化反应器的上限原料进料速度，其中所述上限原料进料速度定义为当在流化床中具有选定的返混程度的条件下操作反应器时，在反应器中导致反流态化的、沉积在反应器中的固体颗粒的流化床的选定的部分上的原料的进料速度，其中所述的上限原料进料速度是固体颗粒质量流量、反应器温度曲线、反应器混合特征和以下特性的函数：原料、固体颗粒、以及向反应器供给的流化气体。

附图说明

图1为一个常规流化焦化反应器（现有技术）的示意图。

图2为示出了根据本发明的一个实施方案的精馏塔、横流式流化床反应器和加热器的流程图。

图3为横流式流化床反应器的示意图。

图4为示出了引入本发明中的混合模型如何能够覆盖在其应用中预期的全范围条件的曲线图。

图5为具有编码有用于控制反应器的进料速度的步骤和指令的存储器的控制器的示意图。

具体实施方式

介绍和术语

本文所描述的实施方案涉及用于使用流化床焦化反应器（“初级改质反应器”或“反应器”）在以避免在反应器中通过流化气体流化的固体颗粒（另外简称为“固体”）发生反流态化的进料速度将原料（“进料”）转化成各种产品物料（“产品”）的改进的焦化方法。

在这些实施方案中的进料为液相烃流，其中至少部分在初级改质反应器中经历化学反应。所述进料可以包括从分馏装置接收的沥青流，伴随着一些瓦斯油物料，其中“瓦斯油”是指沸点低于524℃，但高于177℃的油的级分，其使用标准行业测试方法测量。所述进料可以由单一物质组成或者可以由多种物质组成。液体产品可以由单一产品或物质组成，或者由多种产品或物质组成，并且通常为来自流化床焦化方法的商业上所需的产品。

当将所述进料供给到初级改质反应器中时，一些液相沥青未反应而被汽化（“挥发性沥青”），而剩余的沥青驻留在固体颗粒上并且最终反应以形成焦炭、非冷凝气体和液体产品（“反应沥青”）。

所有离开流化床焦化反应的气态物料被称为“反应器蒸汽”或“反应器气体”，并且包含液体产品、非冷凝气体、流化气体、和挥发性沥青。被称为“反应器产品”的反应器气体的组分是指所有离开反应器的烃蒸汽（液体产品、非冷凝气体、和挥发性沥青），特别是不包含流化气体。

装置

现在参照图2，将主要由包括一些瓦斯油的沥青流组成的液相进料40供给到分馏装置的洗涤器部分18（a），其中原料40与来自初级改质反应器20的加热反应器气体49接触；适用于与烃处理系统10一起使用的初级改质反应器公开于本申请人的加拿大专利2,505,632中。加热反应器气体49用作汽提介质，并协助沥青从原料40中的瓦斯油分离；在进料中的沥青和一些瓦斯油离开洗涤器18（a）的底部并作为液相进料流40被引入到初级改质反应器20中。

如图3所示，初级改质反应器20为横流式流化床反应器20。虽然这种反应器20适用于本文所描述的方法，但是也可以使用如在本领域中已知的表现出任何程度的返混流动特性的其他流化床焦化反应器。对于反应器20，将气体流化介质22通过喷射器108经由反应器容器底座24底部的流化气体入口引入到反应器20的反应容器中，并在反应容器的顶部排出，使得流化介质22以基本垂直的流化方向26移动。流化介质22流化加热的固体颗粒28以产生流化床30。在该实施方案中的流化介质在反应器条件下为气体。在流化床30中的固体颗粒28可以为沙或焦炭颗粒、或具有适当流化特性的任何其他固体，并通过固体进料机构（在该图中未示出但示意于在图5中的项106）供给到反应器20中。固体颗粒28在反应容器中以基本水平的固体输送方向32移动，从在反应器20中的上游水平位置的固体入口34到在反应器20中的下游水平位置的固体出口36。在与固体出口36相连的固体收集装置38中收集固体颗粒28。在该实施方案中，固体颗粒28基本在重力作用下以固体输送方向32移动。换句话说，没有机械设备或装置用于移动固体颗粒28。

固体进料机构106可以为本领域中已知的多种固体输送系统之一，例如，固体进料机构可以为用于商业流化焦化的立管/提升管布置，其包括滑阀以调节固体流。在该机制中的固体流量可以通过测量阀门两端的压力降来测量。其他类型的固体进料机构不使用滑阀，而作为替代可以使用环密封或旋转或“星形”阀。在具有环密封的系统中，固体流是通过改变引入密封中的曝气气体的速率进行调节的。同样地，固体输送速率可以通过确定加入到环密封中的气体的量和通过环密封的压力降进行计算；在使用旋转阀的系统中，固体流量可以通过旋转阀的旋转速度进行确定。还有另一种确定固体流量的方法是通过热平衡，其中测量系统的关键位置的温度可以用于确定流动系统的热性能，从而确定在系统内固体的流量。

将原料40通过位于固体入口34的下游的原料进料机构（在该图中未示出但示意于在图5中的项110）在原料入口42处引入到反应器20中，使得原料入口42在固体入口34和固体出口36之间。在该实施方案中的原料40为通过喷嘴（未示出）引入到流化床的液相流，引入到所述流化床的自由表面的顶部，或直接进入其中。原料的流量可以通过与喷嘴连通的控制阀控制；如以下讨论的，控制器可以调节控制阀使得以原料设定点进料速度F_SP排出原料。当原料40与固体颗粒的流化床接触时，一些沥青未反应而被汽化（“挥发性沥青”）；而剩余的沥青驻留在固体颗粒上并且最终反应形成焦炭、非冷凝气体和液体产品（“反应沥青”）。一些反应沥青可以在最初引入进料之后再次分配，被部分地从涂覆的颗粒输送至未涂覆的颗粒。在流化固体中所包含的能量支持从进料到产品的化学转化，其一直继续直到几乎所有的原料在反应器20中耗尽。当进料反应时固体颗粒28的温度下降，操作反应器20使得在固体离开反应器20时，固体颗粒不含或几乎不含反应沥青。

再参照图2，冷却的固体颗粒排出反应器20并且由冷却固体输送线43输送至加热器45。将冷却的固体在加热器45中加热并通过加热固体输送线47返回到反应器20，以保持平均操作温度为500℃左右。在该实施方案中，加热器45为使焦炭的一部分部分氧化的部分氧化器（POX）容器（未示出）；或者，也可以用本领域技术人员已知的适合用于加热固体颗粒的其他加热器。POX容器为流化容器，其中焦炭在限氧条件下部分燃烧，反应温度通常为650℃。POX容器主要实施用于加热固体，但也可用于对供给到反应器20的流化气体进行预热，并部分地满足过热低级流的现场需求。POX容器可以配备有两套不同的热交换盘管，通过该热交换盘管循环和加热流化气体和流。加热后的固体颗粒通过加热固体输送线47从POX容器返回到反应器20中。

在典型的反应器操作条件下，约65重量%的接触固体的沥青为涂覆固体的反应沥青，并在反应器20中最终转化成焦炭或液体或非冷凝气体产品。剩余的35%的液体沥青物料为不反应或不涂覆固体而发生汽化的挥发性沥青，并与其他反应器产品一起排出反应器20；在排出反应器20后，在反应器产品中的挥发性沥青冷凝并在分馏装置18中从液体产品中分离，然后随着新鲜原料40被循环回反应器20。

再参照图3，在反应器20中进料所转化的产品包含所有的从反应器排出的烃类气体，统称为反应器产品，如附图标记44所示。反应器产品44包含低沸点烃产品，通常沸点低于524℃，以及包含液体产品、非冷凝气体、和挥发性沥青。反应器产品44在位于固体颗粒28和流化床30上方的上部垂直位置48的蒸汽收集装置46中收集。蒸汽收集装置46包括多个气相产品收集位置50。反应器产品收集位置46在固体入口（34）和固体出口36之间被水平隔开。原料40的汽化级分51还在与进料入口42相邻的一个或更多个气相产品收集位置处收集，并且表示反应器产品44的级分。流化介质22也与反应器产品44一起在蒸汽收集装置46中收集，使得流化介质从固体颗粒28下方的较低垂直位置52通过到较高垂直位置48的蒸汽收集装置46。

再参照图2，反应器产品44与流化介质22一起共同形成反应器气体49并被引入到分馏装置的洗涤器部分18（a），其中反应器气体49接触输入的进料流40。然后反应器气体49流向分馏装置的分馏单元18（b），其中气相产品44从流化介质22分离出来并且被骤冷以尽量减少气相产品44的进一步转化和降解。

确定在用于广义流化床反应器的改进焦化方法中的进料速度

本实施方案的改进的焦化方法操作流化床反应器以处理尽可能多的进料，从而在不造成流化床反流态化、或更糟地造成淤积的情况下生产尽可能多的商业上有用的产品。为了确定由淤积机制发生反流态化前可以持续的最大进料速度，必须考虑混合特征和通过流化床的固体颗粒。以下概念和定义用作该推导的一部分：

●在任何给定的时间，流化床固体可以被归类为具有未反应的液体的“湿的”，或“干的”。随着湿颗粒浓度的增加这些颗粒之间的相互作用以及形成附聚物的可能性增加。因此湿颗粒的浓度决定了床反流态化的倾向。

●如上所讨论，沥青可以分类为两种级分：1）“挥发性”级分，在与流化固体的最初接触后的短时间内挥发，以及2）“反应沥青”级分，其中的一部分驻留在流化固体上，直到其反应以释放非冷凝气体和液体产品物料，和固体焦炭。反应沥青级分具有粘性和“发粘”的性质，因此能够引发形成附聚物的形成。因此，该级分对于通过淤积机制的反流态化过程是有影响力的。根据存在于反应器中的热力学条件，挥发沥青可能代表约25%至35%的总沥青物料。该物料被冷凝、分离、并循环至流化床反应器20。在这种方式下，可以实现反应沥青液体的全部转化。

●在公共领域最近的研究工作表明反应沥青保持“发粘”，直到转化水平达到大于约95%。其结果是“干”的颗粒可以由发粘的湿颗粒产生，其液体涂覆已经实现了95%或更高的转化率。

基于这些概念，支配流化床焦化反应器的供给以避免反流态化的所需要的关系可以得到发展并描述如下。

在分批补料方法中，将液体进料不断地加入到固体流化床，但是不加入新鲜固体，并且不移出固体。在这种情况下应理解，需要外部热源以向流化固体添加能量以引发化学反应。该能量可以通过电加热器提供，如英国专利759,720中公开的。在稳定状态，反应器中的质量平衡决定加入到反应器的沥青液体级分的流量必须等于挥发沥青离开反应器的流量和反应沥青由于化学反应而转化的流量的总和。这数学上示于方程式（1）中，其中F_K为反应沥青级分加入到反应器中的流量（lb/hr），V_K为挥发沥青以汽化形式排出反应器的流量（lb/hr），r_K为反应沥青级分消失的流量（lb液体/lb干流化床物料-hr），以及m_b为在进料引入前流化固体在床中的物料（lb）。

F_K＝V_K+r_Km_b      方程式（1）

在标准条件下液态烃的焦炭形成倾向可以使用行业标准表征来确定，例如康氏残碳(CCR)测试。所产生的焦炭的实际量与通过“焦炭产生因子”（CPF）的标准化的焦化倾向相关，CPF定义为每在标准化环境中通过相同进料所产生的焦炭的质量的在实际焦化环境中产生的焦炭的质量。根据该定义，在反应器中焦炭积累的速率通过表达式(FC_F-PC_P)π＝FΔ_CCRπ给出，其中F为供给反应器的烃的总进料速度（lb/hr），C_F为在标准焦化条件下由进料形成的焦炭的量（lb焦炭/lb烃），P为从反应器中排出可冷凝液体的速率（lb/hr），C_P为在标准焦化条件下由可冷凝液体产品形成的焦炭的量（lb焦炭/lb烃），π为CPF，定义如上，以及△_CCR为向反应器的进料中焦炭形成物料的级分，在反应器中消失的标准条件下确定（lb CCR/lb进料）。从以上表达式，△_CCR隐含定义为Δ_CCR＝C_F-(P/F)C_P。

反应沥青在床上沉积的速率与焦炭生产速率有关，通过以下表达式化学计量：

$F_K-V_K=\frac{F{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\π}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}}$     方程式（2）

其中α_KC为与来自反应沥青子级分的焦炭的形成相关的化学计量系数（lb所产生的焦炭/lb所反应的液体）。将这个表达式代入方程式（1）并扩展方程式（1）的速率方程式：

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}{k}_K\left(\frac{m_K}{m_b}\right)=\frac{F{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}}{m_b}\mathrm{\π}$            方程式（3）

其中k_K为与进料的反应沥青级分随化学反应的消失相关的一阶速率常数（hr^-1），以及m_K为在稳定状态下反应器中反应沥青级分的质量。

该床具有天然的抵抗反流态化的能力，其通过床上的剪切度以及以下讨论的其他因素来确定。在特定的操作条件下，当反应沥青向反应器的进料速度增加时，该天然能力被超过以及床如上所述通过淤积机制反流态化。发生这种情况的反应沥青的临界浓度由量(m_K/m_b)^*给出。根据该定义，为了预防反流态化，向反应器进料的最大允许进料速度通过方程式（4）给出：

$\frac{F}{m_b}\≤\frac{k_K}{\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}{\left(\frac{m_K}{m_b}\right)}^{*}$            方程式（4）

该方程式规定，在稳定状态下可以加入的反应沥青级分的量由反应器中其转化成非冷凝气体和液体产品和焦炭的速率进行限定。从化学反应理论，速率常数取决于温度，并可以通过已知的Arrhenius模型进行表达：

k_K＝Aexp(-E_a/RT)      方程式（5）

其中A为预指数因子（hr^-1），E_a为活化能（cal/mol），R为普适气体常数（cal/mol-K），以及T为反应器的温度（K）。由于分批补料反应器混合良好，所以该温度在整个反应器中是均匀的。

结合该依赖于方程式（4）的温度，产生所需的支配安全操作分批补料反应器的最终结果。

${\left(F\right)}_{\mathrm{FB}}\≤\frac{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}{(m_K/m_b)}^{*}}{\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}}\left[m_b\mathrm{Aexp}(-E_a/\mathrm{RT})\right]$       方程式（6）

该方程式涉及可以供给到颗粒流化床的进料的量，如果没有加入或从反应器中移出颗粒。这里下标“FB”是用于识别该限制是分批补料反应器系统特定的。在描述性的术语中，分批补料反应器可以接收进料的速率通过经由化学反应干燥发粘颗粒的速率进行限制。

该推导的结果与在英国专利759,720中所披露的在该专利中用于分批补料反应器的研究结果相当，除了相对于三个重要的和相关的区别：

1.本发明的方法是来自于化学反应工程原理，因此所述一般性方法可以适用于任何反应器构型，包括充分混合的、连续的、鼓泡流化床焦化反应器。英国专利759,720所采取的方法是基于对分批补料方法的经验观察，因此该方法应仅限于分批补料反应器设计。

2.本发明的派生方法清楚地表明应用英国专利759,720公开的经验结果对连续通过充分混合的反应器的局限性，特别是对流化焦化方法。

3.本发明的派生方法认识到，实际焦炭生产涉及通过CPF在标准化条件下的那些。在英国专利759,720中缺少该因子，因此限制了该方法对其中CPF为1的方法的利用。

用于连续、充分混合流化床焦化反应器的适宜规划考虑以下事实：相对于焦炭的添加和移出方法是连续的，以及在流化焦化反应器中的固体颗粒是充分混合的。考虑到这些因素，在稳定状态下反应沥青级分被淤积在床的净速率必须等于其在排出固体上的平流出反应器的速率，以及反应沥青级分反应的速率。数学上，其由以下方程式给出：

$F_K-V_K=r_K{m}_b+S\left(\frac{m_K}{m_b}\right)$         方程式（7）

进行如上面介绍的相同的替换并重新排列，衍生出以下避免反流态化的条件：

${\left(F\right)}_{\mathrm{CSTR}}\≤\frac{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}{(m_K/m_b)}^{*}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}[m_b\mathrm{Aexp}(-E_a/\mathrm{RT})+S]$           方程式（8）

其中S为固体连续引入反应器的速率（lb/hr），以及下标“CSTR”是用来识别反应器构型的稳定状态操作，其中固体连续地引入反应器中并且在反应器内的固体的混合特征是充分混合。对分别与分批补料和连续方法相关联的方程式（6）和方程式（8）进行比较，可以发现，除了上述三个区别之外，在英国专利759,720中所提出的涉及分批补料工艺的研究与连续充分混合的流化床焦化方法相比还存在两个额外的缺陷。

4.连续的过程可以比分批补料方法接收每单位质量床固体增量更多的进料，其量等于Sα_KC(m_K/m_b)^*。在描述性的术语中，固体颗粒的循环引入了第二机制，除了通过化学反应干燥湿颗粒外，通过所述第二机制将干燥固体引入到反应器中。这一结果表明，英国专利759,720公开的关系是高度保守的。

5.不同于英国专利759,720中所公开的关系，影响可加入反应器的最大供给量的两个方法变量中只有一个是随温度变化的，而另一个不是。所有化学反应的速率都是取决于温度的。对于这里所考虑的裂化反应，速率随温度升高而成倍增加。因此，反应器中固体干燥的速率对温度是高度敏感的。因此，温度增加将允许连续的和分批补料反应器均在反流态化之前接收更多的进料，因为在这两种情况下进料速度与反应速率是成比例的。

在混合特征为塞流的连续反应器中，在固体颗粒的流动方向上不存在混合。对于长度L（英尺）的塞流反应器，其中在固体进入反应器中的点处瞬时引入进料，在沿反应器长度的任何位置Z（英尺）的反应沥青级分的浓度通过以下方程式给出：

${\left(\frac{m_K}{m_b}\right)}_Z={\left(\frac{m_K}{m_b}\right)}_0\exp [-k_{K|Z}\left(\frac{m_b}{S}\right)\frac{Z}{L}]$           方程式（9）

其中(m_K/m_b)_Z为在反应器中任何位置z的浓度，(m_K/m_b)₀为入口位置的浓度。注意到与连续或分批补料结构不同，在塞流反应器中温度不均匀，并且在流动方向连续降低。因此k_K|Z用于表示在反应器中任何位置的速率常数。推导的细节在本领域中是已知的，例如可以在Fogler,H.S的“Elements ofChemical Reaction Engineering”,Prentice-Hall,Englewood,NJ,1986,或Smith,J.M的“Chemical Engineering Kinetics”,Third Ed.,McGraw-HillBook Company,New York,NY,1981中找到。

从该方程式的检验得到，重质反应物料的浓度在位置Z=0处最大。因此在塞流反应器引入进料的位置处反流态化的风险最大。

在位置Z=L处，每新鲜床固体质量的焦炭质量必须通过量FΔ_CCRπ/S给出。焦炭的该量涉及在位置Z=0处引入到固体上的反应沥青级分的质量，通过化学计算得到等式：

${\left(\frac{m_K}{m_b}\right)}_0=\frac{F{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\π}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}S}$         方程式（10）

因此避免反流态化

${\left(F\right)}_{\mathrm{PLUG}}\≤\frac{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{KC}}{(m_K/m_b)}^{*}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\left[S\right]$          方程式（11）

其中下标“PLUG”用于区分塞流反应器类型。

当比较连续塞流和新鲜固体不断平流的充分混合系统时，可以进行一些观察。首先，充分混合的CSTR系统能够接收更多进料，因为发粘固体经干燥并返回与剩余床固体混合，提供额外的机制来减少在床上的发粘固体的浓度。可加入充分混合系统中的进料的增量的量取决于温度。其次，塞流反应器可以接收的进料的最大量不取决于温度，而充分混合的反应器中包含了如描述的取决于温度的条件。第三，在CSTR规划中不受温度影响的条件与塞流的是相同的。

这个结果揭示了英国专利759,720中公开的研究结果的进一步的问题。

塞流反应器可以接收的最大进料速度不取决于温度，或床上流化固体的质量。因此，虽然在英国专利759,720的研究结果可以为连续的、充分混合的系统提供保守的操作条件，但在该专利中的研究结果将与塞流构型没有任何相关性。

比较以上结果很明显，有两个因素影响在反应器中发粘物料的最大浓度，因此影响在特定的反应器构型抵抗通过淤积的反流态化的能力。第一个是在反应器中干燥固体的返混，第二个是干燥固体平流进入反应器中。FB构型完全依靠反应器内固体的返混抵御淤积，而PLUG构型完全依靠新鲜固体的平流。CSTR构型结合返混和平流。数学上可以向CSTR进料以避免淤积的最大进料速度为分批补料和塞流推导的总和，方程式（8）等于方程式（6）和方程式（11）的总和。

然而无返混（塞流）和完全返混（CSTR）的极端是有用的概念，有时在实际过程中的返混程度介于这两个极端之间。定义塞流表示以下情况：反应器体积是由一系列CSTR单元组成，其各自占据反应器中的整个横截面，但每一个单元具有无穷小的体积。另一个极端，相比于形成塞流反应器的充分混合的亚单元的无穷数量，CSTR反应器可以被视为包括单个CSTR单元。因此，返混程度在PLUG和CSTR情况之间的反应器构型可以通过认为反应器为一系列数个CSTR单元进行模化，其中数量在单一和无穷大之间。在实践中这一概念已确实发现在描述不同的反应器构型的混合特征时有用（参见，例如前述的Fogler）。图4示出了在系列反应器模型中的CSTR如何能够描述所有的混合特征，从完全混合到无返混条件，通过将反应器分为大小相等的整数个（n）串联充分混合体积单元。

在实践中，可能无法或不希望只向特定反应器构型的第一个体积单元引入所需量的进料。如果在反应器中固体的混合条件是通过使用CSTR系列描述的n个等体积单元表征的，并且将进料在最初的p体积单元上引入，其中p≤n，那么最大浓度将在该子集的最终单元产生。假设n个单元中的每一个都接收相同量的进料，这实际上是在商业应用中的情况，可以引入而不淤积的进料总量可以通过考虑一系列体积单元和将单元p的排出浓度限制为小于α_KC(m_K/m_b)^*进行推导。该问题的解决方案必须考虑以下事实：虽然n个单元中每一个内的温度是均匀的，但由于方法要求和热散失至周围环境，沿反应器长度的温度会下降，因此T_i+1＜T_i，其中T_i为在任何给定体积单元内的温度。考虑到这些温度的不同，以下方程式给出了可以引入每个p等体积单元的进料量，使得最大浓度不超过α_KC(m_K/m_b)^*：

$F\≤\frac{\mathrm{pS}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\frac{[C_1\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)-{(m_K/m_b)}_0]}{1+C_3}$

     方程式（12）

$C_3=\left\{\begin{array}{cc}0& p=1\\ \underset{j=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)\right)& p>1\end{array}\right.$

其中C₁＝α_KC(m_K/m_b)^*，C₂＝E_a/R以及k_K|i为与体积单元i相关的一阶速率常数（hr^-1），通过表达式k_K|i＝Aexp(-C₂/T_i)与温度相关。量(m_K/m_b)₀表示在进入反应器的流化固体上包含的反应液体沥青级分的量。

参数C₁表示在淤积点由驻留在流化固体上的反应沥青级分进料形成的焦炭的量，其以浓度（kg所产生的焦炭/kg床固体）表示。在这些条件下引入流化床的任何增量进料都将导致床的反流态化。该参数通过如将要描述的实验确定。

参数C₂表示重质烃液的反应活化能。发现该值对于重质石油级分是相对恒定的，对于广泛的瓦斯油、轻质烃级分和沥青变化小于～7%，为约53kcal/mol（Raseev,S.的“Thermal and Catalytic Processes inPetroleum Refining”,Marcel Dekker,Inc.,New York,2003）。

根据这些定义，明显可见，通过接收进料的参数n进行表征的流化床的级分通过比率ε＝p/n给出。ε作为独立变量，p可以通过产品的ε和n的整数值确定，数学上如p＝INT(εn)给出。

上述关系获得了完整的混合条件范围，并且在图4中示出。可以从该图中看出：

●当整个流化床充分混合，进入的固体被干燥，则n＝p＝1，方程式（12）缩减为方程式（8）所描述的CSTR的定义。

●塞流情况通过n为大的，以及p＝1的情况表示。如果进入的固体是干的，那么方程式（12）缩减为通过方程式（11）描述的塞流限制。

确定商业流化床的混合特征的“n”和“p”

确定反应器容器的混合特征“n”和“p”的方法是本领域中熟知的。以下描述了一种方法：

1.构建一个流化床的比例模型，其具有与用于改善焦化方法的商业规模流化床焦化反应器相同的混合特征。缩放相对于混合的流化床工艺的方法在本领域中是已知的，并可以在例如“Handbook of Fluidization andFluid-Particle Systems”(W.-C.Yang主编，如前所述)或“FluidizationEngineering”(J.-M.Smith，如前所述)中找到。

2.在与商业操作过程中预测的条件相似的条件下在稳定状态下操作流化床。在稳定状态条件下，所有可测量的参数不随时间而改变。

3.在特定情况下，瞬间引入已知量的“示踪颗粒”到反应器中，其可从大量颗粒物料中辨别出来。例如，该颗粒的大小可以与大量物料的稍有不同。另外，该固体用可以用染料或一些其他的可识别的特征标记。

4.测量示踪颗粒随着时间的推移的浓度，C(t)，直到全部加入的示踪颗粒被计量。测量示踪粒子的方法取决于从大量物料中区分出它们所使用的特征。例如，如果示踪固体用染料涂覆，所述示踪颗粒可以使用适当的光类技术进行识别。如果用尺寸作为识别特征，那么该颗粒可以使用体积排除和筛分技术进行测量。

5.在每个收集数据的时间确定“停留时间分布函数”的值，E(t)，通过当时的浓度C(t)除以加入的示踪颗粒的总量。

6.使用以下方程式计算“空时”：τ（分钟）：

$\mathrm{\τ}=\frac{m_b}{S}$        方程式（13）

7.通过用测量示踪剂浓度的时间除以空时计算“无因次时间”（Θ）。

8.计算方程式（12）中的参数n，使用如上所确定的E(t)的实验值和以下关系：

$n={\left[\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{(\mathrm{\Θ}-1)}^{2}E\left(\mathrm{\Θ}\right)\mathrm{d\Θ}\right]}^{-1}$            方程式（14）

其中n表示代表流化床的体积单元的总数。

9.修正p，p仅仅是在其中原料被供给到固体颗粒流化床上的体积单元的数目。该参数通过反应器的物理设计，特别是进料注入点的位置进行设置。

在包括由Smith和由Fogler创作的标准反应工程教科书中可以发现方程式（14）的推导。使用如上所述产生的数据和标准的数值方法进行方程式（14）的评价。

该方法的一个实施例已经应用于本发明人自己的2,505,632中描述的横流式焦化床方法。构建了0.5倍的模型并将用紫外光激发的磷发光性粒子注入到床上。在各个位置检测示踪颗粒的存在。应用如上提供的方程式，发现关于反应器的参数n的值为15。

广义进料方案

正如前面提到的，希望操作流化床焦化反应器以尽可能多地处理原料，从而生产尽可能多的产品，而不产生流化床的反流态化或更糟地造成淤积。因此改进的焦化方法包括用于反应器的原料上限进料速度限制，其在先前所描述的推导中定义。特别是，原料上限进料速度限制是从方程式（12）确定的，除了进料速度F定义为“F_MAX”外，其转化如下方程式18：

$F_{\mathrm{MAX}}\≤\frac{\mathrm{pS}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\frac{[C_1\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)-{(m_K/m_b)}_0]}{1+C_3}$

     方程式（15）

$C_3=\left\{\begin{array}{cc}0& p=1\\ \underset{j=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)\right)& p>1\end{array}\right.$

该反应器可以在任何低于上限进料速度限制的原料进料速度下安全操作。然而，可期望的是向反应器以安全但已经以可接收产率输出产品的最佳范围供给原料可能，并在这种情况下，改进的焦化方法包括下限进料速度限制。由于反应器理想地可以接近纯塞流状态，从方程式（12）确定塞流情况下的最佳进料速度范围的下限，其中p＝1以及n＝∞。在这些条件下，方程式（12）缩减为方程式（11），其转化为以下如方程式19，只是用“F_MIN”替换“F_PLUG”：

$F_{\mathrm{MIN}}=\frac{S}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}{C}_1$              方程式（16）

在该方式中确定的下限进料速度表示为避免反流态化所需的最保守原料进料速度。更低的速率将避免反流态化，但是可能损害工艺经济性。

前面所讨论的是确定方程式（15）和方程式（16）的变量，并概述如下：

1.如在以上题为“确定商业流化床的混合特征的“n”和“p””的段落中所讨论的，混合特征参数n用于描述商业反应器构型的混合特征，包括进料将被引入的反应器的区域。

2.S表示供给整个反应器20的固体颗粒的质量流量（lb/hr），并且其为可以由操作者控制改变的参数，以匹配所需的进料速度，受适当的限制方程式支配。

3.焦炭产生因子Π（lb/lb）为在反应器20中所实际产生的焦炭的重量除以进料的CCR，并可以使用标准行业测试方法通过反应器20的操作者进行测量。进料的CCR含量通常由原料的供应者提供。通常对于本实施方案的反应器20，预期Π为约1（1lb所产生的焦炭/1lb在液体进料中的CCR）。通常，预期CPF为1-2，取决于在反应器20中所采用的特定反应器技术。

4.△_CCR为在流化床反应器中反应后在原料中焦炭形成材料的量的变化。进料的CCR含量通常由原料供应者提供，或可以通过本领域已知的标准行业测试技术从进料中测量。本实施方案的反应器20可以在单通道产生约60-70%的△_CCR的条件下操作。在单通道转化65%的CCR的情况下，未转化的含CCR的物料冷凝并在图2的分馏装置18中从液体产品中分离出来，并与新鲜进料一起再循环到反应器。而剩余沥青物料可以重复再循环至反应器直到在沥青中的焦炭形成材料全部反应成焦炭（100%反应），操作反应器20直到反应约94%的沥青材料是通常商业上可行的。

5.参数C₁涉及在不淤积的情况下流化床可以忍受的反应沥青级分的最大浓度。该参数是供给类型、流化固体类型和流化气体速度的函数。其可以根据经验来确定，最好在一个小规模的固体混合特征为充分混合的分批补料流化床上。用目标的进料液体供给该床直到该单元反流态化，定义为F_FB,MAX。然后通过分批补料方程式计算参数C₁，重排得到：

$C_1=\frac{F_{\mathrm{FB},\mathrm{MAX}}{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}{m_b\mathrm{Aexp}(-C_2/T)}$       方程式（17）

认识到方程式（17）表示方程式（12）的特定情况，其中术语S和(m_K/m_b)₀等于零，以及n＝p＝1。虽然分批补料构型为确定参数C₁的一种方便的手段，但是认识到如果已知混合特征，则任何反应器都可以用于此目的。以上描述了关于如何确定混合特征的讨论。

6.m_b为在引入进料前在床上流化固体的物料（lb）并且可以测量。

7.k_K|i为反应器中任何位置i的速率常数（1/hr），通过方程式k_K|i＝Aexp(-C₂/T_i)确定。

8.T_i为反应器中任何位置i的反应器温度（℃），可以使用行业仪器如热电偶连续测量。动力学常数A和C₂对应于反应沥青级分的消失。其取决于反应沥青的性质。对于通常在流化床焦化反应器中处理的烃混合物，发现参数C₂在石油级分的很宽范围内相对恒定（参见例如Raseev，如前所述）。已经列表的许多不同进料的A和C₂在公共领域可用和随时可用。或者，A和C₂可以以本领域已知的方式在非流化系统工作台上从试验中确定（参见例如Smith或Fogler，如前所述）。

9.(m_K/m_b)_i表示进入流化床固体上的液体进料的浓度，其可以测量。然而，在多数情况下该条件为零，因为进入反应器的固体将不包含原料。

在线控制

如上所述的改进焦化方法的广义供给策略可以作为通过自动监督控制器执行的程序实现，所述自动监督控制器控制了流化床焦化反应器的某些子系统，诸如图3中示出的横流式流化床反应器20。特别是，该程序可以通过监督控制器来执行以保持以低于F_MAX的原料设定点进料速度F_SP进料，以及任选地由F_MAX和F_MIN限制的最佳范围。

监督控制器为控制一些单独的子系统控制器的控制器。监督控制器具有数个子系统如何交互的信息。基于这些子系统的状态，以及其他测量的输入，监督控制器与各个子系统的控制器通常通过调节通过子系统控制器控制的变量的设定点交互。在该实施方案中，所述监督控制器为如图5中示出的可编程逻辑控制器100。将用户接口设备102诸如键盘和计算机显示器连接到监督控制器100以允许操作员向控制器100中输入参数和监视反应器20的操作；用户接口设备102可以在本地连接到控制器或远程连接，例如通过网络连接。控制器100与反应器20连通，特别是接收来自位于沿反应器容器20长度的一系列温度传感器104的温度传感器数据。

在本实施方案中由监督控制器100控制的子系统为反应器的功能元件，即固体进料机构106，流化气体喷射器108和原料进料机构110。监督控制器100操纵这些子系统106、108、110的设定点，以确保绝不会超出进料速度上限F_MAX。这通常是通过调节原料进料机构110的原料设定点速率F_SP来实现的。还可调节固体进料机构106的固体速率S设定点，但是该速率的可调节性可以通过固体排出反应器20时被干燥的典型要求进行限制。流化气体喷射器108的流化气体设定点也可以调节，但是该速率的可调节性可以通过在烃处理系统10中的某些设备，诸如气体/固体分离设备（未示出）进行限制。

监督控制器100具有编码有广义供给策略程序的存储器，该程序由控制器100执行使得以下列方式执行广义供给策略：

1.基于反应器20的性能和选定的原料40，以及反应器20的某些操作参数，以下参数的值以“广义供给策略”中描述的方式确定并通过用户接口设备102输入，以及存储于监督控制器100的存储器上：C₁、C₂、p、n、Π、Δ_CCR、m_b、A、E_o和R。

2.选择固体进料机构106的固体质量流量S并通过用户接口设备102或通过其他与固体供给结构106连通的输入设备（未示出）输入到监督控制器100中。然后监督控制器100将控制信号传送到固体进料机构106从而以选定的固体质量流量供给固体通过反应器20。连续监测通过反应器20的固体质量流量，发送该数据回到监督控制器100。

3.将操作原料设定点速率F_SP设置为初始进料速度并通过用户接口设备102或通过其他与原料供给结构110连通的输入设备（未示出）输入到监督控制器100中。然后监督控制器100发送控制信号到原料进料机构110从而以选择的初始进料速度供给原料到反应器20中。

4.在反应器20中不同位置的温度T_i通过温度传感器104连续监控以定义温度曲线并且发送该数据到监督控制器100。

5.监督控制器100重复地执行算法实施方程式（15）以使用固体质量流量S的测试值、反应器温度曲线T的测试值和段落1中列出的输入参数连续确定上限进料速度F_MAX。

6.如果适用，监督控制器100重复地执行算法实施方程式（16）以使用固体质量流量S的测试值和段落1中列出的参数连续确定下限进料速度F_MIN。

7.监督控制器100执行比较F_SP与F_MAX和（如果适用）F_MIN的算法，如段落5和6中确定的。如果F_SP不在最佳原料进料速度范围内，那么监督控制器100将控制信号发送至原料进料机构110以调节F_SP直至该速率落入最佳原料进料速度范围内，或调节S以改变F_MAX和F_MIN。

应当理解，与比例、导数和积分作用相关的控制器参数必须进行如本领域的技术人员已知的优化。

虽然已经对本发明的示例性实施方案进行了说明和描述，但应该理解，不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以在其中作出各种改变。

Claims (18)

1.一种操作流化床焦化反应器的方法，其包括：

（a）监控供入所述反应器的固体颗粒的质量流量（“S”）；

（b）监控所述反应器中的温度曲线（“T”）；

（c）以原料设定点进料速度（“F_SP”）将原料供给到所述反应器中的所述固体颗粒流化床上；

（d）确定上限原料进料速度（“F_MAX”），其为当在所述流化床中具有选定的返混程度的条件下操作所述反应器时在反应器中导致反流态化的原料进料速度，并且其中所述上限原料进料速度是所述固体颗粒质量流量、所述反应器温度曲线、所述反应器的混合特征和以下特性的函数：所述原料、所述固体颗粒、以及供给到所述反应器的流化气体；以及

（e）将所述原料设定点进料速度和确定的上限原料进料速度进行比较，当所述原料设定点进料速度高于所述上限原料进料速度时，调节所述原料设定点进料速度或者所述固体颗粒质量流量，以使得原料设定点进料速度为所述上限原料进料速度或低于所述上限原料进料速度。

2.如权利要求1所述的方法，还包括确定下限原料进料速度（“F_MIN”），其为当在连续塞流条件下操作所述反应器时在所述反应器中导致反流态化的原料进料速度，并且当所述原料设定点进料速度低于下限原料进料速度或高于上限原料进料速度时，调节所述原料设定点进料速度或所述固体颗粒质量流量，使得所述原料设定点进料速度在所述上限原料进料速度和下限原料进料速度之间。

3.如权利要求2所述的方法，其中F_MIN由下限进料速度算法定义如下：所述固体颗粒的质量流量与每固体颗粒量在淤积点处由所述流化固体颗粒上所包含的液体进料形成的焦炭的量（“C₁”）的乘积除以在所述反应器中的所述原料的焦炭产生因子（“Π”）与在所述反应器中反应后在所述原料中焦炭形成物料的量的变化（“Δ_CCR”）的乘积。

4.如权利要求3所述的方法，其中Π在1和2之间。

5.如权利要求3所述的方法，其中Δ_CCR在0.65和1.0之间。

6.如权利要求5所述的方法，其中Δ_CCR为0.94。

7.如权利要求3所述的方法，其中F_MAX由上限进料速度算法

定义，其中m_b为引入原料前所述反应器中的流化固体颗粒的质量，A为对应于反应沥青级分消失的动力学常数以及C₂为所述反应沥青级分的反应的活化能。

8.如权利要求7所述的方法，其中F_MAX由上限进料速度算法限定如下：

$F_{\mathrm{MAX}}\≤\frac{\mathrm{pS}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\frac{[C_1\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)-{(m_K/m_b)}_0]}{1+C_3}$

$C_3=\left\{\begin{array}{cc}0& p=1\\ \underset{j=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)\right)& p>1\end{array}\right.$

其中p＝INT(εn)，k_K|i＝Aexp(-C₂/T_i)，以及(m_K/m_b)₀表示进入所述反应器的所述流化固体颗粒上所包含的所述反应沥青级分的量。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述下限原料进料速度算法和所述上限原料进料速度算法存储于监督控制器的存储器上，所述监督控制器与所述反应器内的温度传感器和包含原料进料机构和固体进料机构的反应器的功能元件相连，其中所述方法还包括在所述存储器中存储C₁、C₂、p、n、Π、Δ_CCR、m_b和A的值，在所述监督控制器上执行所述下限原料进料速度算法和上限原料进料速度算法以确定F_MAX和F_MIN的值，以及从所述监督控制器发送控制信号到所述反应器以按所述原料设定点进料速度F_SP进料。

10.如权利要求9所述的方法，还包括监控S和T，并且当这些值中的任何一个改变时，执行所述下限原料进料速度算法和上限原料进料速度算法以重新计算F_MAX和F_MIN的值。

11.一种流化床焦化反应器装置，其包括：

具有原料入口、固体入口、固体出口和流化气体入口的反应容器；

在所述反应容器内用于测量反应器温度曲线（“T”）的温度传感器；

与所述固体入口连通的用于供给固体颗粒至所述反应容器中的固体进料机构；

与所述原料入口连通的用于供给原料至反应器中的原料进料机构；以及

监督控制器，其与以下连通：所述温度传感器，以监测反应器温度曲线；所述固体进料机构，以监测和控制所述固体颗粒的质量流量（“S”）；以及所述原料进料机构，以控制供给原料至所述反应器中的速率；并具有编码有可通过所述控制器执行的步骤和指令的存储器以确定上限原料进料速度（“F_MAX”），所述上限原料进料速度为当在流化床中具有选定的返混程度的条件下操作所述反应器时，导致反应器中反流态化的原料进料速度，并且其中上限原料进料速度是所述固体颗粒质量流量、所述反应器温度曲线、所述反应器的混合特征和以下特性的函数：所述原料、所述固体颗粒、以及供给到所述反应器中的流化气体；以及将原料设定点进料速度与所确定的上限原料进料速度进行比较，当所述原料设定点进料速度高于所述上限原料进料速度时，控制所述原料进料机构以设定点进料速度F_SP进料或控制所述固体进料机构以质量流量S供给固体颗粒，使得所述原料设定点进料速度为所述上限原料进料速度或低于所述上限原料进料速度。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述存储器进一步编码有用于确定当以所述反应器温度操作并以所述质量流量接收固体颗粒时所述反应器的下限原料进料速度（“F_MIN”）的步骤和指令，其中F_MIN定义为当在连续塞流条件下操作反应器时导致所述反应器中的反流态化的原料进料速度，并且控制所述原料进料机构从而以设定点进料速度F_SP进料或控制所述固体进料机构从而以质量流量S供给固体颗粒，使得所述原料设定点进料速度在所述上限和下限原料进料速度之间。

13.如权利要求12所述的装置，其中F_MAX通过上限进料速度算法

进一步限定，其中m_b为引入原料前所述反应器中流化固体颗粒的质量，A为对应于反应沥青级分消失的动力学常数以及C₂为所述反应沥青级分的反应的反应活化能。

14.如权利要求13所述的装置，其中F_MAX通过以下上限进料速度算法进一步限定：

$F_{\mathrm{MAX}}\≤\frac{\mathrm{pS}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\frac{[C_1\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)-{(m_K/m_b)}_0]}{1+C_3}$

$C_3=\left\{\begin{array}{cc}0& p=1\\ \underset{j=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)\right)& p>1\end{array}\right.$

其中p＝INT(εn)，k_K|i＝Aexp(-C₂/T_i)，以及(m_K/m_b)₀表示进入所述反应器的所述流化固体颗粒上所包含的所述反应沥青级分的量。

15.一种计算机可读介质，其编码有可通过控制器执行的步骤和指令以确定在反应器温度曲线（“T”）操作并以质量流量（“S”）接收固体颗粒的流化床焦化反应器的上限原料进料速度（“F_MAX”），其中F_MAX定义为当在所述流化床中具有选定的返混程度的条件下操作所述反应器时，导致反应器中反流态化的、沉积在所述反应器中的固体颗粒的流化床的选定部分上的原料的进料速度（“ε”），并且其中所述上限原料进料速度是所述固体颗粒质量流量、所述反应器温度曲线、所述反应器的混合特征和以下特性的函数：所述原料、所述固体颗粒、以及供给到所述反应器中的流化气体。

16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其进一步编码有用于确定当以所述反应器温度操作并以所述质量流量接收固体颗粒时的所述反应器的下限原料进料速度（“F_MIN”）的步骤和指令，其中F_MIN定义为当在连续塞流条件下操作所述反应器时导致反应器中的反流态化的原料进料速度。

17.如权利要求16所述的计算机可读介质，其中F_MAX通过上限进料速度算法

进一步限定，其中m_b为引入原料前所述反应器中流化固体颗粒的质量，A为对应于反应沥青级分消失的动力学常数以及C₂为所述反应沥青级分的反应的反应活化能。

18.如权利要求17所述的计算机可读介质，其中F_MAX通过以下上限进料速度算法进一步限定：

$F_{\mathrm{MAX}}\≤\frac{\mathrm{pS}}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{CCR}}\mathrm{\Π}}\frac{[C_1\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)-{(m_K/m_b)}_0]}{1+C_3}$

$C_3=\left\{\begin{array}{cc}0& p=1\\ \underset{j=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Π}}}(k_{K|i}\frac{m_b}{\mathrm{nS}}+1)\right)& p>1\end{array}\right.$

其中p＝INT(εn)，k_K|i＝Aexp(-C₂/T_i)，以及(m_K/m_b)₀表示进入得到反应器的得到流化固体颗粒上所包含的所述反应沥青级分的量。

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