CN105631107A - 一种流化催化裂化反应的预测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化催化裂化反应的预测方法。该方法应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，采用第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型来预测提升管反应器中物料各集总的分布、温度分布、压力分布、油气和催化剂的线速度分布，其中，第一反应区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第二反应区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第一反应区模型表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应，第二反应区模型表示各集总在第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应。此外，本发明还公开了一种流化催化裂化反应的预测装置。

Description

一种流化催化裂化反应的预测方法和装置

技术领域

本发明涉及，特别是涉及一种流化催化裂化(英文：FluidizedCatalyticCracking，简称FCC)反应的预测方法和装置。

背景技术

流化催化裂化反应是指在高温低压条件下及催化剂表面强酸中心的催化作用下采用提升管反应器对油气中蜡油或渣油等大分子烃类分子进行以裂化、异构、氢转移反应为主的多种复杂反应。如图1所示，提升管反应器包括两个反应区。包含有蜡油和/或渣油的油气原料先在第一反应区中进行反应，第一反应区的产物再送至第二反应区进行反应，第二反应区的产物即为提升管反应器的产物。如图2所示，在提升管反应器的第一反应区中，在较高的反应温度、较短的停留时间和催化剂的作用下，大分子烃类裂化为大量的烃类小分子和烯烃分子。第二反应区通过扩径和诸如急冷汽油来降低油气和催化剂的流速、增加油气和催化剂的停留时间以及降低反应温度。在提升管反应器的第二反应区中，烯烃分子通过增加氢转移好异构化反应转化为异构烷烃和芳烃，因此，相对于第一反应区的产物，在第二反应区所得到的产物中，烯烃大幅度下降，辛烷值保持不变或路由增加。

需要说明的是，提升管反应器对油气进行硫化催化裂化反应所得到的产物需要经过吸收稳定装置后才能被分离成油浆、柴油、汽油、液化气和干气。由于吸收稳定装置对产物各组分的分离需要很长的时间，提升管反应器的硫化催化裂化反应的产物中各组分的收率是无法实时测量到的。因此，为了能够对提升管反应器中的硫化催化裂化反应进行及时地调整，就需要根据流化催化裂化反应预测提升管反应器的产物中各组分的收率。

但是，现有技术中在预测流化催化裂化反应的产物中各组分的收率时，提升管反应器的第一反应区和第二反应区中温度分布都采用的是预设的温度分布，提升管反应器的第一反应区和第二反应区中作为反应物的油气与催化剂的停留时间也都采用的是预设的停留时间，可见，现有技术中并没有考虑提升管反应器中反应热和气固两相流动对流化催化裂化反应的影响，因此，预测得到的各组分收率不够准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种流化催化裂化反应的预测方法和装置，以解决按照现有技术中由于未考虑反应热和气固两相流动对硫化催化裂化反应的影响而导致提升管反应器的产物中各组分收率预测不够准确的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种流化催化裂化反应的预测方法，用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，该方法包括：

根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应；

根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应；

所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程，所述各集总表示提升管反应器中具有的各组分。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种流化催化裂化反应的预测装置，应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，所述装置包括：

第一计算单元，用于根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第二计算单元，用于根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应；

第三计算单元，用于根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第四计算单元，用于根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应；

所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程，所述各集总表示提升管反应器中具有的各组分。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

采用本发明实施例的技术方案，通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型，可以预测所述提升管反应器的各个区域中反应产物的分布、温度分布、压力分布、油气的线速度分布、催化剂的线速度分布，其中，第一进口段模型表示第一反应区的进口段中油气与催化剂进行绝热等焓且无化学反映的物理混合过程，第一反应区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第一反应区模型中各集总在第一反应区的反应速率表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应，第二进口段模型表示第二反应区的进口段中油气、催化剂与急冷介质进行绝热等焓且无化学反映的物理混合过程，第二反应区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第二反应区模型中各集总在第二反应区的反应速率表示各集总在第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应。因此，第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型可以按照流化催化裂化反应实际的物理化学过程综合预测提升管反应器中各个区域的反应产物的各集总的分布以及温度分布、油气的线速度分布和催化剂的线速度分布，也即，其反应温度和停留时间均是上述模型预测出的而并不需要按照经验预设，因此，上述模型预测到的各产物集总的实时收率更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为提升管反应器的结构示意图；

图2为提升管反应器中反应过程组分间化学转化的示意图；

图3为本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中第一反应区中组分间化学转化的示意图；

图5为本发明实施例中一种应用示例的离线仿真结果的示意图之一；

图6为本发明实施例中一种应用示例的离线仿真结果的示意图之二；

图7为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之一；

图8为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之二；

图9为本发明实施例中一种应用示例的在线仿真结果的示意图之三；

图10为本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

发明人经过研究发现，提升管反应器的第一反应区和第二反应区实际上都是近似于绝热的平推流反应，并且，提升管反应器中气固两相的流动会影响压力分布，进而影响各产物组分的分布、温度分布、油气的线速度分布以及催化剂线速度的分布。但是现有技术中，并没有考虑上述因素，因而采用由经验预设的温度分布和油气、催化剂的停留时间来计算各产物的实时收率，从而造成预测得到的各产物组分的实时收率不够准确。

在本发明实施例中，为了使得各产物组分的实时收率能够更加准确地预测出来，采用第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型来预测提升管反应器中物料各集总的分布、温度分布、压力分布、油气的线速度分布和催化剂的线速度分布，其中，第一反应区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第二反应区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第一反应区模型中各集总在第一反应区的反应速率表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应，第二反应区模型中各集总在第二反应区的反应速率表示各集总在第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应。因此，由于第一反应区模型和第二反应区模型均是将反应过程描述为绝热的理想平推流反应，也即第一反应区模型和第二反应区模型既体现了绝热也体现了气固两相流动，因此，通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型对硫化催化裂化反应的预测，第一反应区和第二反应区的温度分布、油气与催化剂的停留时间不再作为经验值输入到模型，而可以是与各集总分布综合在一起预测出来，其中各集总分布包括有产物中各集总在第二反应区出口处的实时收率，因此，预测到的产物中各集总的实时收率更加准确。

下面结合附图，通过实施例来详细说明本发明中用于流化催化裂化反应的预测方法和装置。

参见图3，示出了本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测方法的流程示意图。本实施例的方法可以应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，所述方法例如具体可以包括如下步骤：

S301、根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程。

在本实施例中，物料的组分通过集总来体现，所述各集总表示提升管反应器中物料所具有的各组分。其中，注入到提升管反应器的物料即是原料。本实施例提及的各集总包括有原料中的各集总，即各原料集总。原料通常包括渣油、蜡油、催化剂、预提升蒸汽、雾化蒸汽和干气。因此，各原料集总可以包括渣油集总、蜡油集总、催化剂集总、包括预提升蒸汽和雾化蒸汽在内的蒸汽集总和干气集总。此外，原料在提升管反应器中进行流化催化裂化反应，反应后会得到的产物相对于原料来说组分会发生变化。本实施例提及的各集总也包括有产物中的各集总，即各产物集总。产物通常包括有渣油、蜡油、柴油、汽油、液化气和干气焦炭。因此，各产物集总可以包括渣油集总、蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总和干气焦炭集总。可以理解的是，有些集总即属于原料集总也属于产物集总，如渣油集总、蜡油集总等；有些集总仅属于原料集总而不属于产物集总，如催化剂集总等；有些集总仅属于产物集总而不属于原料集总，如柴油集总等。可以理解的是，原料集总和产物集总用于表示集总的类型。

需要说明的是，第一进口段模型是用于描述提升管反应器的进口段混合过程的数学模型。提升管反应器的进口段混合过程在于，高温催化剂经预提升蒸汽和干气进行流化，并与经雾化蒸汽雾化后的原料油进行接触，原料油在高温催化剂的作用下迅速气化，从而实现油气和催化剂的混合。该混合过程可以视为绝热等焓且无化学反应发生的纯物理过程。混合后的油气与催化剂具有相同的温度和压力。可以理解的是，提升管反应器的进口段即是第一反应区的进口段，在该进口段混合后的油气与催化剂进入第一反应区进行催化裂化反应。因此，混合后的油气与催化剂的温度和压力即是第一反应区进口处的温度和压力，混合后物料的各集总的摩尔流量即是在第一反应区进口处各集总的摩尔流量，混合后的油气与催化剂的线速度即是第一反应区进口处的油气与催化剂的线速度。

可以理解的是，第一进口模型可以包括第一初始温度子模型、第一初始线速度子模型、第一初始压力子模型和第一初始摩尔流量子模型。

其中，第一初始温度子模型可以包括以下公式(1)～(4)。

公式(1)： $T_{1,0}=H_{1,0}/\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}m\left(i\right)/M\left(i\right)\·C_p\left(i\right)+T_0;$

公式(2)：H_1,0＝H_m,1-H_v,1；

公式(3)： $H_{m,1}=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}m\left(i\right)/M\left(i\right)\·C_p\left(i\right)\·\left(T\right(i)-T_0);$

公式(4)： $\begin{array}{c}{H}_{v,1}=\left(m\right(1)+m(2\left)\right)\·\left(A\right(1)+(A\left(2\right)-A\left(3\right)\·API+A\left(4\right)\·T_0)\·API\\ +\left(A\right(5)+A(6)\·T_0)\·T_0)\end{array};$

其中，T_1,0为第一反应区的进口段中混合后的温度，即第一反应区的进口处的初始温度，单位为K；H_1,0为第一反应区的进口段物料混合后的总焓，单位为J/s；H_m,1为第一反应区的进口段物料混合前的总焓，单位为J/s；H_v,1为第一反应区的进口段物料混合前渣油和蜡油的蒸发焓，单位为J/s；m(i)表示各集总的质量流量，具体地，m(1)表示渣油集总的质量流量，m(2)表示蜡油集总注入提升管反应器的质量流量，m(3)表示催化剂集总的质量流量，m(4)表示包括预提升蒸汽和雾化蒸汽在内的蒸汽集总的质量流量，m(5)表示干气集总的质量流量，单位为kg/s；M(i)表示各集总的摩尔质量，具体地，M(1)表示渣油集总的摩尔质量，M(2)表示蜡油集总的摩尔质量，M(3)表示催化剂集总的摩尔质量，M(4)表示蒸汽集总的摩尔质量，M(5)表示干气集总的摩尔质量，单位为kg/mol；C_p(i)表示各集总的等压摩尔热容，具体地，C_p(1)表示渣油集总的等压摩尔热容，C_p(2)表示蜡油集总的等压摩尔热容，C_p(3)表示催化剂集总的等压摩尔热容，C_p(4)表示蒸汽集总的等压摩尔热容，C_p(5)表示干气集总的等压摩尔热容，单位J/(mol·K)；T(1)表示渣油集总的混合前温度，T(2)表示蜡油集总的混合前温度，T(3)表示催化剂集总的混合前温度，T(4)表示蒸汽集总的混合前温度，T(5)表示干气集总的混合前温度，单位为K；T₀表示参考温度，例如可以取273.15K；API表示渣油和蜡油的平均API指数，其中，API指数为美国石油学会用于划分油品等级的数值；A(1)～A(6)为计算渣油和蜡油平均蒸发焓的关联式系数，其中，A(1)为311.0，A(2)为0.6045，A(3)为-4.400e-3，A(4)为-4.100e-3，A(5)为-0.2795，A(6)为-5.023e-5。

第一初始线速度子模型可以包括以下公式(5)～(10)。

公式(5)： $V_{g0}=\underset{i=1,i\≠3}{\overset{5}{\Σ}}m\left(i\right)/M\left(i\right)\·R\·T_{1,0}/P_{1,0};$

公式(6)：V_s0＝m(3)/ρ_s；

公式(7)：ε_g0＝V_g0/(V_g0+V_s0)；

公式(8)：ε_s0＝V_s0/(V_g0+V_s0)；

公式(9)： $u_{g0}=V_{g0}/(\mathrm{\π}{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_{g0});$

公式(10)： $u_{s0}=V_{s0}/(\mathrm{\π}{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_{s0});$

其中，V_g0为油气的初始体积流量，V_s0为催化剂的初始体积流量，单位为m³/s；ε_g0为油气的初始气体体积积分率，ε_s0为催化剂的初始固体体积积分率；u_g0为油气在第一反应区的进口段混合后的初始线速度，即油气在第一反应区进口处的第一初始线速度，u_s0为催化剂在第一反应区的进口段混合后的初始线速度，即催化剂在第一反应区进口处的第一初始线速度，单位为m/s；R为气体常数，取值为8.314J/(mol·K)；P_1,0为第一反应区的进口段中混合后的初始压力，即第一反应区的进口处的第一初始压力，单位为Pa；ρ_s为催化剂堆密度，单位为kg/m³；d₁为提升管反应器在第一反应区的内径，单位为m；其余参数符号的含义可参见公式(1)～(4)的介绍。

第一初始压力子模型可以包括以下公式(11)。

公式(11)： $P_{1,0}=P_g+\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}m\left(i\right)/(V_{g0}+V_{s0})\·(h_1+h_2)\·g;$

其中，P_1,0为第一反应区的进口段中混合后的初始压力，即第一反应区的进口处的第一初始压力，单位为Pa；P_g为提升管反应器中沉降器顶部的压力，单位为Pa；h₁为提升管反应器中第一反应区的长度，h₂为提升管反应器中第二反应区的长度，单位为m；g为重力加速度，取值为9.81m/s²。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(10)的介绍。

第一初始摩尔流量子模型可以包括以下公式(12)。

公式(12)：N(i)₀＝m'(i)/M'(i)；

其中，N(i)₀表示第一反应区的进口段中各集总的初始摩尔流量，即在第一反应区的进口处各集总的第一初始摩尔流量，单位为mol/s，具体地，N(1)₀表示第一反应区的进口处渣油集总的第一初始摩尔流量，N(2)₀表示第一反应区的进口处蜡油集总的第一初始摩尔流量，N(3)₀表示第一反应区的进口处柴油集总的第一初始摩尔流量，N(4)₀表示第一反应区的进口处汽油集总的第一初始摩尔流量，N(5)₀表示第一反应区的进口处液化气集总的第一初始摩尔流量，N(6)₀表示第一反应区的进口处干气焦炭集总的第一初始摩尔流量；m’(i)₀表示第一反应区的进口段中各集总的初始质量流量，即在第一反应区的进口处各集总的初始质量流量，单位为kg/s，具体地，m’(1)₀表示第一反应区的进口处渣油集总的初始质量流量，m’(2)₀表示第一反应区的进口处蜡油集总的初始质量流量，m’(3)₀表示第一反应区的进口处柴油集总的初始质量流量，m’(4)₀表示第一反应区的进口处汽油集总的初始质量流量，m’(5)₀表示第一反应区的进口处液化气集总的初始质量流量，m’(6)₀表示第一反应区的进口处干气焦炭集总的初始质量流量；M’(i)表示各集总的摩尔质量，单位为kg/mol，具体地，M’(1)表示渣油集总的摩尔质量，M’(2)表示蜡油集总的摩尔质量，M’(3)表示柴油集总的摩尔质量，M’(4)表示汽油集总的摩尔质量，M’(5)表示液化气集总的摩尔质量，M’(6)表示干气焦炭集总的摩尔质量。可以理解的是，m’(1)₀与m(1)均对应于渣油集总的质量流量，两者是相同的；m’(2)₀与m(2)均对应于蜡油集总的摩尔质量，两者是相同的；M’(1)与M(1)均对应于蜡油集总的质量流量，两者是相同的；M’(2)与M(2)均对应于蜡油集总的摩尔质量，两者是相同的。

S302、根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应。

可以理解的是，第一反应区模型用于描述提升管反应器的第一反应区中催化裂化反应过程的数学模型。在本实施例中，所提及的理想平推流反应，表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程。具体地，在第一反应区中，油气的流速大、停留时间短，气固两相流动的反应过程近似于平推流。因此，第一反应区的反应过程可以被视为理想平推流反应，第一反应区模型可以用于描述第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应。

需要说明的是，第一反应区模型可以包括所述各产物集总的第一反应动力学微分方程、第一反应热力学微分方程、第一气固两相流体动力学微分方程和第一压力分布微分方程。

其中，各产物集总的第一反应动力学微分方程可以包括以下公式(13)～(17)。

公式(13)： $\frac{dN{\left(i\right)}_x}{dx}=\frac{r{\left(i\right)}_x}{3600}\·(\mathrm{\π}{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\·{\mathrm{\ρ}}_s\·(1-f_x\left)\right);$

公式(14)： $r{\left(i\right)}_x=\exp (-B\·f_x)\·\frac{P_x}{R\·T_x}\·\frac{\underset{j=1}{\overset{6}{\Σ}}K(i,j)/N{\left(j\right)}_x}{\underset{j=1}{\overset{5}{\Σ}}N{\left(i\right)}_x+N{\left(6\right)}_x+\underset{j=1}{\overset{5}{\Σ}}m\left(j\right)/M\left(j\right)};$

公式(15)： ${\mathrm{\ϵ}}_{s,x}=\left(m\right(3)+N{\left(6\right)}_x\·(1-c_g)\·M_c)/({\mathrm{\ρ}}_s\·u_{s,x}\·\mathrm{\π}{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2);$

公式(16)：f_x＝N(6)_x·(1-c_g)·M_c/(m(3)+N(6)_x·(1-c_g)·M_c)；

公式(17)：

$K\left[\begin{array}{cccccc}-\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}k\left(i\right)& 0& 0& 0& 0& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(2\right)}k\left(1\right)& -\underset{i=6}{\overset{9}{\Σ}}k\left(i\right)& 0& 0& 0& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(3\right)}k\left(2\right)& \frac{M^{\′}\left(2\right)}{M^{\′}\left(3\right)}k\left(6\right)& -\underset{i=10}{\overset{12}{\Σ}}k\left(i\right)& 0& 0& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(4\right)}k\left(3\right)& \frac{M^{\′}\left(2\right)}{M^{\′}\left(4\right)}k\left(7\right)& \frac{M^{\′}\left(3\right)}{M^{\′}\left(4\right)}k\left(10\right)& -\underset{i=13}{\overset{14}{\Σ}}k\left(i\right)& 0& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(5\right)}k\left(4\right)& \frac{M^{\′}\left(2\right)}{M^{\′}\left(5\right)}k\left(8\right)& \frac{M^{\′}\left(3\right)}{M^{\′}\left(5\right)}k\left(11\right)& \frac{M^{\′}\left(4\right)}{M^{\′}\left(5\right)}k\left(13\right)& -k\left(15\right)& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(5\right)& \frac{M^{\′}\left(2\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(9\right)& \frac{M^{\′}\left(3\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(12\right)& \frac{M^{\′}\left(4\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(14\right)& \frac{M^{\′}\left(14\right)}{M^{\′}\left(15\right)}k\left(15\right)& 0\end{array}\right];$

其中，N(i)_x表示第一反应区中距离进口x米处各集总的摩尔流量，即N(i)_d1表示第一反应区的出口处各集总的第一目标摩尔流量，单位为mol/s，具体地，N(1)_x表示第一反应区中距离进口x米处渣油集总的摩尔流量，N(2)_x表示第一反应区中距离进口x米处蜡油集总的摩尔流量，N(3)_x表示第一反应区中距离进口x米处柴油集总的摩尔流量，N(4)_x表示第一反应区中距离进口x米处汽油集总的摩尔流量，N(5)_x表示第一反应区中距离进口x米处液化气集总的摩尔流量，N(6)_x表示第一反应区中距离进口x米处干气焦炭集总的摩尔流量；r(i)_x表示第一反应区中距离进口x米处各集总的反应速率，即r(i)_d1表示第一反应区的出口处各集总的反应速率，单位为mol/(kg·s)，具体地，r(1)_x表示第一反应区中距离进口x米处渣油集总的反应速率，r(2)_x表示第一反应区中距离进口x米处蜡油集总的反应速率，r(3)_x表示第一反应区中距离进口x米处柴油集总的反应速率，r(4)_x表示第一反应区中距离进口x米处汽油集总的反应速率，r(5)_x表示第一反应区中距离进口x米处液化气集总的反应速率，r(6)_x表示第一反应区中距离进口x米处干气焦炭集总的反应速率；B为常数，取值为206；ε_s,x为第一反应区中距离进口x米处的催化剂体积分率；f_x为第一反应区中距离进口x米处的催化剂结炭率；P_x为第一反应区中距离进口x米处的压力，P_d1为第一反应区的出口处的第一目标压力，单位为Pa；T_x为第一反应区中距离进口x米处的温度，T_d1为第一反应区的出口处的第一目标温度，单位为K；c_g为干气焦炭集总中干气组分的摩尔分率；K为第一反应区各集总反应速率矩阵，k(i)表示相应的集总间转化的反应速率，单位为m³/(kg·h)，具体地，k(1)～k(5)分别表示渣油集总向蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总进行化学转化的反应速率，k(6)～k(9)分别表示蜡油集总向柴油集总、汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总进行化学转化的反应速率，k(10)～k(12)分别表示柴油集总向汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总进行化学转化的反应速率，k(13)～k(14)分别表示汽油集总向液化气集总、干气焦炭集总进行化学转化的反应速率，k(15)表示液化气集总向干气焦炭集总进行化学转化的反应速率。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(12)的介绍。

可以理解的是，考虑到第一反应区中催化裂化反应是以一次裂变为主，所述各集总的第一反应动力学微分方程可以具体表示这样的反应过程：如图4所示，在所述第一反应区中，所述渣油集总(VR/CSO)向所述蜡油集总(VGO/HCO)、所述柴油集总(LFO)、所汽油集总(Gasoline)、所述液化气集总(LPG)和所述干气焦炭(Gas+Coke)集总进行化学转换，所述蜡油集总向所述柴油集总、所述汽油集总、所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述柴油集总向所述汽油集总向所述汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转化，所述汽油集总向所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述液化气集总向所述干气焦炭集总进行化学转化；其中，上述的化学转化过程均可以被视为不可逆一级反应过程，k(1)～k(15)分别表示对应的化学转化的反应速率。为了使得各集总的第一反应动力学微分方程能够表示上述的反应过程，本实施例采用了上述公式(17)的反应速率矩阵K来构造各集总的第一反应动力学微分方程。

其中，矩阵K中k(i)可以按照表1和表2提供的方式进行计算。其中，表1和表2中的i表示，表2中No.列中对应的标号。E(i)取No.为i的一行对应的E值，k₀(i)表示No.为i的一行对应的k₀(i)的k₀值。在表2中，SS表示原料饱和烃，SA表示原料芳烃，SR表示胶质和沥青质，D表示柴油，GS表示汽油饱和烃，GO表示汽油烯烃，GA表示汽油芳烃，LPG表示液化气，Gas表示干气，C表示焦炭。

表1

表2

所述第一反应热力学微分方程可以依据反应热力学原理原理，其表示在所述第一反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程。具体地，第一反应热力学微分方程可以包括以下公式(18)。

公式(18)： $\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dT}}_x}{dx}=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}(r{\left(i\right)}_x\·M^{\′}(i\left)\right)/\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}\right(N{\left(i\right)}_x\·c_{p,i})\\ +\underset{i=3}{\overset{5}{\Σ}}\left(m\right(i)/M(i)\·C_p(i\left)\right))\·\mathrm{\π}\·{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\·(1-f_x)\·H_R\end{array};$

其中，H_R为催化裂化反应过程的平均摩尔反应热，单位为J/kg；c_p,i表示各集总的摩尔热容，单位为J/(mol·K)，具体地，c_p,1表示渣油集总的摩尔热容，c_p,2表示蜡油集总的摩尔热容，c_p,3表示柴油集总的摩尔热容，c_p,4表示汽油集总的摩尔热容，c_p,5表示液化气集总的摩尔热容。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(17)的介绍。

所述第一气固两相流体动力学微分方程用于反映所述第一反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理。具体地，第一气固两相流体动力学微分方程可以包括以下公式(19)～(21)。

公式(19)： $\frac{{\mathrm{du}}_{s,x}}{dx}=\frac{3}{4}{C}_d\·{\mathrm{\ρ}}_{s,x}\·{(u_{g,x}-u_{s,x})}^2/(d_s\·{\mathrm{\ρ}}_s\·u_{s,x})+({\mathrm{\ρ}}_{g,x}-{\mathrm{\ρ}}_s)\·g/({\mathrm{\ρ}}_s\·u_{s,x});$

公式(20)： $\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{du}}_{g,x}}{dx}={\mathrm{\ϵ}}_{s,x}/\left(\right(1-{\mathrm{\ϵ}}_{s,x})\·P_x/(R\·T_x\left)\right)\·\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}r\right(i)+r(6)\·c_g)-u_{g,x}\·(\frac{{\mathrm{dP}}_x}{dx}/(R\·T_x)\\ -\frac{{\mathrm{dT}}_x}{dx}\·P_x/(R\·T_x))/(P_x/(R\·T\left)\right)-u_{g,x}\·{\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\·\frac{{\mathrm{du}}_{s,x}}{dx}/(u_{s,x}\·(1-{\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\left)\right)\end{array};$

公式(21)： $\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{s,x}=P_x/(R\·T_x)\·\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}N\right(i)\·M^{\′}(i)+N(6)\·c_g\·M(5)+\\ \underset{i=4}{\overset{5}{\Σ}}m\left(i\right))/(\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}N{\left(i\right)}_x+N(6)\·c_g+\underset{i=4}{\overset{5}{\Σ}}m(i)/M(i\left)\right)\end{array};$

其中，u_s,x为第一反应区中距离进口x米处催化剂的线速度，即u_s,d1为第一反应区的出口处催化剂的第一目标线速度，单位为m/s；u_g,x为第一反应区中距离进口x米处油气的线速度，即u_g,d1为第一反应区的出口处油气的第一目标线速度，单位为m/s；ρ_g,x为第一反应区中距离进口x米处油气的密度，单位为kg/m³；d_s为催化剂颗粒的平均粒径，单位为m；C_d为曳力系数。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(18)的介绍。

所述第一压力分布微分方程用于反映所述第一反应区中气固两相流体动量守恒。具体地，第一压力分布微分方程可以包括以下公式(22)～(23)。

公式(22)： $\frac{{\mathrm{dP}}_x}{dx}=-({\mathrm{\ϵ}}_{s,x}\·{\mathrm{\ρ}}_s+{\mathrm{\ϵ}}_{g,x}\·{\mathrm{\ρ}}_{g,x})\·g;$

公式(23)： ${\mathrm{\ϵ}}_{g,x}=(\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}N{\left(i\right)}_x\·M^{\′}(i)+N(6)\·c_g\·M(5)+\underset{i=4}{\overset{5}{\Σ}}m(i\left)\right)/({\mathrm{\ρ}}_{g,x}\·u_{g,x}\·\mathrm{\π}\·{\left(\frac{d_1}{2}\right)}^2);$

其中，ε_s,x为第一反应区中距离进口x米处催化剂的体积分率；ρ_s为催化剂堆密度，单位为kg/m³；ε_g,x为第一反应区中距离进口x米处油气的体积分率；ρ_g,x为第一反应区中距离进口x米处油气的密度，单位为kg/m³。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(21)的介绍。

S303、根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程。

需要说明的是，第二进口段模型是用于描述提升管反应器中第二反应区的进口段混合过程的数学模型。相对于第一反应区，在第二反应区中，通过扩径和注入包括急冷汽油和来自常减压装置的污油在内的急冷介质来降低油气和催化剂的流速、增加油气和催化剂的停留时间并降低第二反应区的反应温度，从而增加氢转移和异构化反应，将烯烃转化为异构烷烃和芳烃，使汽油中的烯烃大幅度下降，并保持汽油中的辛烷值不变或略有增加。为此，第二反应区的进口段混合过程在于，第一反应区出口的油气和催化剂与急冷介质间进行混合。该混合过程可以视为绝热等焓且无化学反应发生的纯物理混合过程。混合后的油气与催化剂具有相同的温度和压力。可以理解的是，提升管反应器的进口段即是第一反应区的进口段，在该进口段混合后的油气与催化剂进入第一反应区进行催化裂化反应。可以理解的是，在第二反应区的进口段中，混合后的油气与催化剂的温度和压力即是第二反应区进口处的温度和压力，混合后物料的各集总的摩尔流量即是在第二反应区进口处各集总的摩尔流量，混合后的油气与催化剂的线速度即是第二反应区进口处的油气与催化剂的线速度。

可以理解的是，第二进口模型可以包括第一初始温度子模型、第二初始线速度子模型、第二初始压力子模型和第二初始摩尔流量子模型。

第一初始温度子模型可以包括以下公式(24)～(25)。

公式(24)： $\begin{array}{c}{T}_{2,0}=T_0+H_{2,0}/\left(\underset{i=1}{\overset{6}{\Σ}}\right(N{\left(i\right)}_{d1}\·c_{p,i})+\underset{i=3}{\overset{5}{\Σ}}\left(m\right(i)/M(i)\·C_p(i\left)\right)\\ +m_1\·w/M^{\′}\left(3\right)\·c_{p,3}+(m_1\·(1-w)+m_2)/M^{\′}\left(4\right)\·c_{p,4})\end{array};$

公式(25)： $\begin{array}{c}{H}_{2,0}=\left(\underset{i=1}{\overset{6}{\Σ}}\right(N{\left(i\right)}_{d1}\·c_{p,i})+\underset{i=3}{\overset{5}{\Σ}}(m\left(i\right)/M\left(i\right)\·C_p\left(i\right))\·(T_{d1}-T_0)\\ +(m_1\·w/M^{\′}(3)\·c_{p,3}+(m_1\·\left(1-w\right)+m_2)/M^{\′}(4)\·c_{p,4})\·(T_{m1}-T_0)\\ +m_2/M^{\′}\left(4\right)\·c_{p,4}\·(T_{m2}-T_0)-m_1\·w\·H_{m1}-(m_1\·(1-w)+m_2)\·H_{m2}\end{array}$

其中，T_2,0为第二反应区的进口段中混合后的温度，即第二反应区的进口处的初始温度，T_d1为第一反应区的出口处的第一目标温度，单位为K；H_2,0为第二反应区的进口段物料混合后的总焓，单位为J/s；N(i)_d1表示第一反应区的出口处各集总的第一目标摩尔流量，单位为mol/s，具体地，N(1)_d1表示第一反应区的出口处渣油集总的第一目标摩尔流量，N(2)_d1表示第一反应区的出口处蜡油集总的第一目标摩尔流量，N(3)_d1表示第一反应区的出口处柴油集总的第一目标摩尔流量，N(4)_d1表示第一反应区的出口处汽油集总的第一目标摩尔流量，N(5)_d1表示第一反应区的出口处液化气集总的第一目标摩尔流量，N(6)_d1表示第一反应区的出口处干气焦炭集总的第一目标摩尔流量；m₁为从常减压装置向第二反应区注入的污油的质量流量，单位为kg/s；w为污油中柴油的质量百分含量，1-w为污油中汽油的质量百分含量；m₁为注入第二反应区的急冷汽油的质量流量，单位为kg/s；T_m1为污油的温度，T_m2为急冷汽油的温度，单位为K；H_m1为柴油的蒸发焓，H_m2为汽油的蒸发焓，单位为J/kg。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(23)的介绍。

第二初始线速度子模型可以包括以下公式(26)～(27)。

公式(26)： $u_{s,2,0}=u_{s,d1}\·{\left(\frac{d_1}{d_2}\right)}^2;$

公式(27)： $u_{g,2,0}=u_{g,d1}\·{\left(\frac{d_1}{d_2}\right)}^2;$

其中，u_s,2,0为油气在第二反应区的进口段混合后的初始线速度，即油气在第二反应区进口处的第二初始线速度，u_s,d1为油气在第一反应区出口处的第一目标线速度，u_g,2,0为催化剂在第二反应区的进口段混合后的初始线速度，即催化剂在第二反应区进口处的第二初始线速度，u_g,d1为催化剂在第一反应区出口处的第一目标线速度，单位为m/s；d₁为第一反应区的内径，d₂为第二反应区的内径，单位为m。

第二初始压力子模型可以包括公式(28)。

公式(28)：P_2,0＝P_d1；

其中，P_2,0为第二反应区的进口段中混合后的初始压力，即第二反应区的进口处的第一初始压力，P_g为第一反应区的出口处的第一目标压力，单位为Pa。

第二初始摩尔流量子模型可以包括公式(29)。

公式(29)： $N{\left(i\right)}_{2,0}=\{\begin{array}{cc}N{\left(i\right)}_{d1}& i=1,2,5,6\\ N{\left(i\right)}_{d1}+m_1\·w/M^{\′}\left(3\right)& i=3\\ N{\left(i\right)}_{d1}+(m_1\·(1-w)+m_2)/M^{\′}\left(4\right)& i=4\end{array};$

其中，N(i)_2,0表示第二反应区的进口段中各集总的初始摩尔流量，即在第二反应区的进口处各集总的第二初始摩尔流量，单位为mol/s，具体地，N(1)_2,0表示第二反应区的进口处渣油集总的第二初始摩尔流量，N(2)_2,0表示第二反应区的进口处蜡油集总的第二初始摩尔流量，N(3)_2,0表示第二反应区的进口处柴油集总的第二初始摩尔流量，N(4)_2,0表示第二反应区的进口处汽油集总的第二初始摩尔流量，N(5)_2,0表示第二反应区的进口处液化气集总的第二初始摩尔流量，N(6)_2,0表示第二反应区的进口处干气焦炭集总的第二初始摩尔流量。其余参数符号的含义可参见公式(1)～(28)的介绍。

S304、根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应。

可以理解的是，第二反应区模型用于描述提升管反应器的第二反应区中催化裂化反应过程的数学模型。在本实施例中，所提及的理想平推流反应，表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程。具体地，在第二反应区中，油气停留时间短，气固两相流动的反应过程近似于平推流。因此，第二反应区的反应过程可以被视为理想平推流反应，第二反应区模型可以用于描述第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应。

需要说明的是，第二反应区模型可以包括所述各产物集总的第二反应动力学微分方程、第二反应热力学微分方程、第二气固两相流体动力学微分方程和第二压力分布微分方程。其中，所述各产物集总的第二反应动力学微分方程表示：在所述第二反应区中，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总之间不发生化学转化，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总分别向所述干气焦炭集总进行化学转化；所述第二反应热力学微分方程表示在所述第二反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；所述第二气固两相流体动力学微分方程反映所述第二反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；所述第二压力分布微分方程反映所述第二反应区中气固两相流体动量守恒。

可以理解的是，由于第二反应区模型与第一反应区模型均是描述油气与催化剂进行理想平推流参数，各产物集总的第二反应动力学微分方程可以是由公式(13)～(17)变换参数而得到，第二反应热力学微分方程可以是由公式(18)变换参数而得到、第二气固两相流体动力学微分方程可以是由公式(19)～(21)变换参数而得到，第二压力分布微分方程可以是由公式(22)～(23)变换参数而得到。有关公式(13)～(23)涉及两个方面：一方面，将公式(13)～(23)与第一反应区对应的参数均变换成与第二反应区对应的相应参数，如第一反应区的内径d₁变换成第二反应区的内径d₂；另一方面，由于各集总在第二反应区发生的化学转化与各集总在第一反应区发生的化学转化不同，公式(13)～(17)涉及的反应速率矩阵K需要变换成反应速率矩阵K’，反应速率矩阵K’用于表示各集总在第二反应区进行增加氢转移反映和异构化反映。具体地，反应速率矩阵K’可以参见公式(30)。

公式(30)：

$K^{\′}=\left[\begin{array}{cccccc}-k\left(5\right)& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& -k\left(9\right)& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -k\left(12\right)& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& -k\left(14\right)& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& -k\left(15\right)& 0\\ \frac{M^{\′}\left(1\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(5\right)& \frac{M^{\′}\left(2\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(9\right)& \frac{M^{\′}\left(3\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(12\right)& \frac{M^{\′}\left(4\right)}{M^{\′}\left(6\right)}k\left(14\right)& \frac{M^{\′}\left(14\right)}{M^{\′}\left(15\right)}k\left(15\right)& 0\end{array}\right];$

其中，公式(30)所涉及的参数符号的含义及计算方法可参见前述公式(13)～(17)。

可以理解的是，根据上述公式(1)～(30)，可以得到第二反应区出口处各集总的摩尔流量，基于第二反应区出口处各集总的摩尔流量就可以得到预测的各集总的实时收率。此外，根据上述公式(1)～(30)，还可以得到提升管反应器各个区域中各个位置的温度分布、压力分布、各集总的线速度分布。

在本实施例的一些实施方式中，除了预测各集总的实时收率之外，还可以预测各集总在第一反应区和/或第二反应区的停留时间。具体地，本实施例例如还可以包括：根据所述油气的第一初始线速度和所述油气的第一目标线速度，计算所述油气在所述第一反应区中的停留时间；根据所述油气的第二初始线速度和所述油气的第二目标线速度，计算所述油气在所述第二反应区中的停留时间；根据所述催化剂的第一初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第一反应区中的停留时间；根据所述催化剂的第二初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第二反应区中的停留时间。

在本实施例的一些实施方式中，考虑到前述模型均是用于对提升管反应器中气固两相流动与催化裂化反应过程进行了较为理想的数学描述，因此，前述模型预测到的数据可能相对于真实数据来说存在一定的误差。为此，对前述模型进行离线仿真，在离线仿真的过程中采用实测到的真实数据与前述模型预测到的数据对前述模型进行校正，从而使得校正后的模型能够更准确地预测流化催化裂化反应的相关数据。具体地，本实施例例如还可以包括：在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的进口段，得到第一实测温度、第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度和所述催化剂的第一实测线速度；基于所述第一实测温度、所述第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度、所述催化剂的第一实测线速度与所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度，对所述第一进口段模型进行校正；在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的出口处，得到第二实测温度、第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度和所述催化剂的第二实测线速度；基于所述第二实测温度、所述第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度、所述催化剂的第二实测线速度与所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度，对所述第一反应区模型进行校正；在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第二反应区的出口处，得到第三实测温度、第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度和所述催化剂的第三实测线速度；基于所述第三实测温度、所述第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度所述催化剂的第三实测线速度与所述第三目标温度、所述第三目标压力、所述各集总的第三目标摩尔流量、所述油气的第三目标线速度所述催化剂的第三目标线速度，对所述第二反应区模型进行校正。

其中，对第一进口段模型进行校正可以包括：采用校正因子f₁对催化剂进行质量流量进行校正、采用校正因子f₂对渣油和蜡油的平均API指数进行校正、采用校正因子f₃对第一反应区的进口段物料混合后的总焓进行校正、采用校正因子f₄对油气的第一初始线速度进行校正、采用校正因子f₅对催化剂的第一初始线速度进行校正。具体地，第一进口段模型的校正可以通过以下公式(31)～(35)来实现。

公式(31)：m(3)＝m(3)·f₁；

公式(32)：API＝API·f₂；

公式(33)：H_1,0＝H_1,0·f₃；

公式(34)：u_s0＝u_s0·f₄；

公式(35)：u_g0＝u_g0·f₅。

其中，除校正因子之外，公式(31)～(35)中的参数符号的含义可参见公式(1)～(12)的介绍。f₁可以是催化剂的质量流量的实测值与预测值之间的比值，f₂可以是渣油与蜡油的平均API指数的实测值与预测值之间的比值，f₃可以是第一反应区的进口段物料混合后的总焓的实测值与预测值之间的比值，f₄可以是油气的第一初始线速度的实测值与预测值之间的比值，f₅可以是催化剂的第一初始线速度的实测值与预测值之间的比值。

对第一反应区模型进行校正可以包括对第一反应区各集总反应速率进行校正。对于第一反应区来说，由于提升管反应器中的渣油掺入量一般小于蜡油的5％，第一反应区中的催化裂化反应过程主要在于蜡油集总向柴油集总、汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总进行化学转化以及柴油集总、汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总之间进行化学转化。因此，对第一反应区模型进行校正时，可以校正蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总、干气焦炭集总之间的反应速率。具体地，第一反应区模型的校正可以通过以下公式(36)来实现。

公式(36)：k(i)＝k(i)·F_1,i，i＝6,7,8,...,15；

其中，k(i)的含义可参见公式(17)的介绍。F_1,i表示各集总间在第一反应区的反应速率的校正因子。例如，F_1,6可以是在第一反应区中蜡油集总向柴油集总化学转化的反应速率k(6)的校正因子，可以是在第一反应区中k(6)的实测值与预测值之间的比值。又如，F_1,7可以是在第一反应区中蜡油集总向汽油集总化学转化的反应速率k(7)的校正因子，可以是在第一反应区k(7)的实测值与预测值之间的比值。再如，F_1,15可以是在第一反应区中液化气集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(15)的校正因子，可以是在第一反应区k(15)的实测值与预测值之间的比值。

对第二反应区模型进行校正可以包括对第二反应区各集总反应速率进行校正。在第二反应区中的催化裂化反应过程中，渣油集总、蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总互相之间不发生化学转化，但渣油集总、蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总向干气焦炭集总进行化学转化。因此，对第一反应区模型进行校正时，可以校正渣油集总、蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率。具体地，第二反应区模型的校正可以通过以下公式(37)来实现。

公式(37)：k(i)＝k(i)·F_2,i，i＝5,9,12,14,15；

其中，k(i)的含义可参见公式(17)的介绍。F_2,i表示各集总间在第二反应区的反应速率的校正因子。具体地，F_2,5可以是在第二反应区中渣油集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(5)的校正因子，可以是在第二反应区中k(5)的实测值与预测值之间的比值。F_2,9可以是在第二反应区中蜡油集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(9)的校正因子，可以是在第二反应区中k(9)的实测值与预测值之间的比值。F_2,12可以是在第二反应区中柴油集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(12)的校正因子，可以是在第二反应区中k(12)的实测值与预测值之间的比值。F_2,14可以是在第二反应区中汽油集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(14)的校正因子，可以是在第二反应区中k(14)的实测值与预测值之间的比值。F_2,15可以是在第二反应区中液化气集总向干气焦炭集总化学转化的反应速率k(15)的校正因子，可以是在第二反应区中k(15)的实测值与预测值之间的比值。

在本实施例的一些实施方式中，第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型应用于提升管反应器的在线运行过程中，可以以在线仿真的方式将预测到的各变量的实时数据显示给用户。例如，实时数据显示给用户的变量可以包括第一反应区的变量和第二反应区的变量，第一反应区的变量可以包括进口温度、出口温度、反应温差、油气进口的线速度、油气出口的线速度、油气的停留时间、催化剂进口的线速度、催化剂出口的线速度、催化剂的停留时间等，第二反应区的变量可以包括进口温度、出口温度、反应温差、油气进口的线速度、油气出口的线速度、油气的停留时间、催化剂进口的线速度、催化剂出口的线速度、催化剂的停留时间等。

进一步而言，为了便于对提升管反应器中的反应过程进行控制，还可以利用前述模型在预测当前数据的基础上预测在操纵变量和干扰变量变化的情况下被控变量将会发生怎样的变化，从而预测提升管反应器的控制效果。其中，操纵变量可以包括用于催化剂注入到提升管反应器中的流量、催化剂注入到提升管反应器时的温度、原料油注入到提升管反应器中的流量和急冷汽油注入到提升管反应器中的流量，干扰变量可以包括原料油注入到提升管反应器中的温度、催化剂注入到提升管反应器中的预提升蒸汽和干气注入到提升管反应器中的流量、原料油注入到提升管反应器中的雾化蒸汽流量、急冷汽油注入到提升管反应器时的温度、污油注入到提升管反应器第二反应区中的流量、组成和温度等，被控变量可以包括提升管反应器各产物的收率、第一反应区的进、出口温度和第二反应区的进、出口温度。

具体地，本实施例例如还可以包括：在所述催化剂的初始质量流量的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器的质量流量增加到第一增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第一增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；在所述催化剂的初始温度的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器时的温度增加到增益后温度，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂升温到所述增益后温度的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；在原料油的初始质量流量的基础上将所述原料油注入所述提升管反应器的质量流量增加到第二增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第二增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；在所述急冷汽油的初始质量流量的基础上将所述急冷汽油注入所述第二反应区的质量流量增加到第三增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述急冷汽油增加到所述第三增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率。其中，增益表示相对于当前数据的变化值，如第一反应区进口处的增益温度表示第一反应区进口处的温度相对于当前值的变化值。

可以理解的是，在线仿真显示给用户的变量的实时数据以及增益数据，提供了提升管反应器实现先进控制的必要技术手段。通过在线仿真显示给用户的变量的实时数据以及增益数据，可以对提升管反应器进行更准确地控制。

在本实施例的一个应用示例中，可以先采用第一进口段模型、第一反应区模型和第二反应区模型对提升管反应器中的反应过程进行离线仿真，以校正第一进口段模型、第一反应区模型和第二反应区模型，然后在通过离线仿真确定校正过的模型的预测误差可接受时，再采用校正过的第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型对提升管反应器中的反应过程进行在线仿真，以预测并显示相关变量的实时数据和增益数据。具体地，表3示出的是用于校正模型的实测数据。表4示出的是在表3的实测数据的基础上所得到的各校正因子。表5示出的是在以表4的校正因子校正过的模型的基础上离线仿真的结果。图5示出的是以表4的校正因子校正过的模型的离线仿真结果的示意图之一。图6示出的是在以表4的校正因子校正过的模型的基础上离线仿真结果的示意图之二。图7示出的是以表4的校正因子校正过的模型的在线仿真结果的示意图之一。图8示出的是以表4的校正因子校正过的模型的在线仿真结果的示意图之二。图9示出的是以表4的校正因子校正过的模型的在线仿真结果的示意图之三。

表3

表4

表5

通过本实施例的技术方案，采用第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型来预测提升管反应器中物料各集总的分布、温度分布、压力分布、油气的线速度分布和催化剂的线速度分布，其中，第一反应区模型表示第一反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第二反应区模型表示在第二反应区中油气与催化剂进行理想平推流反应，第一反应区模型中各集总在第一反应区的反应速率表示各集总在第一反应区进行一次裂化反应，第二反应区模型中各集总在第二反应区的反应速率表示各集总在第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应。因此，由于第一反应区模型和第二反应区模型均是将反应过程描述为绝热的理想平推流反应，也即第一反应区模型和第二反应区模型既体现了绝热也体现了气固两相流动，因此，通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型对硫化催化裂化反应的预测，第一反应区和第二反应区的温度分布、油气与催化剂的停留时间不再作为经验值输入到模型，而可以是与各集总分布综合在一起预测出来，其中各集总分布包括有产物中各集总在第二反应区出口处的实时收率，因此，预测到的产物中各集总的实时收率更加准确。

参见图10，示出了本发明实施例中一种流化催化裂化反应的预测装置的结构示意图。在本实施例中，所述装置可以应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器。所述装置例如具体可以包括：

第一计算单元1001，用于根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第二计算单元1002，用于根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应；

第三计算单元1003，用于根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第四计算单元1004，用于根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应；

所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程，所述各集总表示提升管反应器中具有的各组分。

在本实施例的一些实施方式中，所述各集总包括各原料集总和各产物集总，所述各原料集总包括渣油集总、蜡油集总、催化剂集总、蒸汽集总和干气集总，所述蒸汽集总包括预提升蒸汽和雾化蒸汽，所述各产物集总包括所述渣油集总、所述蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总和干气焦炭集总。

在本实施例的另一些实施方式中，所述第一反应区模型包括所述各产物集总的第一反应动力学微分方程、第一反应热力学微分方程、第一气固两相流体动力学微分方程和第一压力分布微分方程；

所述各产物集总的第一反应动力学微分方程表示：在所述第一反应区中，所述渣油集总向所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转换，所述蜡油集总向所述柴油集总、所述汽油集总、所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述柴油集总向所述汽油集总向所述汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转化，所述汽油集总向所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述液化气集总向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第一反应热力学微分方程表示在所述第一反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第一气固两相流体动力学微分方程反映所述第一反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第一压力分布微分方程反映所述第一反应区中气固两相流体动量守恒。

在本实施例的又一些实施方式中，所述第二反应区模型包括所述各产物集总的第二反应动力学微分方程、第二反应热力学微分方程、第二气固两相流体动力学微分方程和第二压力分布微分方程；

所述各产物集总的第二反应动力学微分方程表示：在所述第二反应区中，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总之间不发生化学转化，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总分别向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第二反应热力学微分方程表示在所述第二反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第二气固两相流体动力学微分方程反映所述第二反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第二压力分布微分方程反映所述第二反应区中气固两相流体动量守恒。

在本实施例的再一些实施方式中，所述装置还包括：

第五计算单元，用于根据所述油气的第一初始线速度和所述油气的第一目标线速度，计算所述油气在所述第一反应区中的停留时间；

第六计算单元，用于根据所述油气的第二初始线速度和所述油气的第二目标线速度，计算所述油气在所述第二反应区中的停留时间；

第七计算单元，用于根据所述催化剂的第一初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第一反应区中的停留时间；

第八计算单元，用于根据所述催化剂的第二初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第二反应区中的停留时间。

在本实施例的又再一些实施方式中，所述装置还包括：

第一监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的进口段，得到第一实测温度、第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度和所述催化剂的第一实测线速度；

第一校正单元，用于基于所述第一实测温度、所述第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度、所述催化剂的第一实测线速度与所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度，对所述第一进口段模型进行校正；

第二监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的出口处，得到第二实测温度、第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度和所述催化剂的第二实测线速度；

第二校正单元，用于基于所述第二实测温度、所述第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度、所述催化剂的第二实测线速度与所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度，对所述第一反应区模型进行校正；

第三监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第二反应区的出口处，得到第三实测温度、第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度和所述催化剂的第三实测线速度；

第三校正单元，用于基于所述第三实测温度、所述第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度所述催化剂的第三实测线速度与所述第三目标温度、所述第三目标压力、所述各集总的第三目标摩尔流量、所述油气的第三目标线速度所述催化剂的第三目标线速度，对所述第二反应区模型进行校正。

在本实施例的又再一些实施方式中，所述装置还包括：

第一增益单元，用于在所述催化剂的初始质量流量的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器的质量流量增加到第一增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第一增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第二增益单元，用于在所述催化剂的初始温度的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器时的温度增加到增益后温度，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂升温到所述增益后温度的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第三增益单元，用于在原料油的初始质量流量的基础上将所述原料油注入所述提升管反应器的质量流量增加到第二增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第二增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第四增益单元，用于在所述急冷汽油的初始质量流量的基础上将所述急冷汽油注入所述第二反应区的质量流量增加到第三增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述急冷汽油增加到所述第三增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率。

通过本实施例的技术方案，由于第一反应区模型和第二反应区模型均是将反应过程描述为绝热的理想平推流反应，也即第一反应区模型和第二反应区模型既体现了绝热也体现了气固两相流动，因此，通过第一进口段模型、第一反应区模型、第二进口段模型和第二反应区模型对硫化催化裂化反应的预测，第一反应区和第二反应区的温度分布、油气与催化剂的停留时间不再作为经验值输入到模型，而可以是与各集总分布综合在一起预测出来，其中各集总分布包括有产物中各集总在第二反应区出口处的实时收率，因此，预测到的产物中各集总的实时收率更加准确。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种流化催化裂化反应的预测方法，其特征在于，应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，所述方法包括：

根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应；

根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应；

所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程，所述各集总表示提升管反应器中具有的各组分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各集总包括各原料集总和各产物集总，所述各原料集总包括渣油集总、蜡油集总、催化剂集总、蒸汽集总和干气集总，所述蒸汽集总包括预提升蒸汽和雾化蒸汽，所述各产物集总包括所述渣油集总、所述蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总和干气焦炭集总。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一反应区模型包括所述各产物集总的第一反应动力学微分方程、第一反应热力学微分方程、第一气固两相流体动力学微分方程和第一压力分布微分方程；

所述各产物集总的第一反应动力学微分方程表示：在所述第一反应区中，所述渣油集总向所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转换，所述蜡油集总向所述柴油集总、所述汽油集总、所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述柴油集总向所述汽油集总向所述汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转化，所述汽油集总向所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述液化气集总向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第一反应热力学微分方程表示在所述第一反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第一气固两相流体动力学微分方程反映所述第一反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第一压力分布微分方程反映所述第一反应区中气固两相流体动量守恒。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二反应区模型包括所述各产物集总的第二反应动力学微分方程、第二反应热力学微分方程、第二气固两相流体动力学微分方程和第二压力分布微分方程；

所述各产物集总的第二反应动力学微分方程表示：在所述第二反应区中，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总之间不发生化学转化，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总分别向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第二反应热力学微分方程表示在所述第二反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第二气固两相流体动力学微分方程反映所述第二反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第二压力分布微分方程反映所述第二反应区中气固两相流体动量守恒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述油气的第一初始线速度和所述油气的第一目标线速度，计算所述油气在所述第一反应区中的停留时间；

根据所述油气的第二初始线速度和所述油气的第二目标线速度，计算所述油气在所述第二反应区中的停留时间；

根据所述催化剂的第一初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第一反应区中的停留时间；

根据所述催化剂的第二初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第二反应区中的停留时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的进口段，得到第一实测温度、第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度和所述催化剂的第一实测线速度；

基于所述第一实测温度、所述第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度、所述催化剂的第一实测线速度与所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度，对所述第一进口段模型进行校正；

在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的出口处，得到第二实测温度、第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度和所述催化剂的第二实测线速度；

基于所述第二实测温度、所述第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度、所述催化剂的第二实测线速度与所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度，对所述第一反应区模型进行校正；

在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第二反应区的出口处，得到第三实测温度、第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度和所述催化剂的第三实测线速度；

基于所述第三实测温度、所述第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度所述催化剂的第三实测线速度与所述第三目标温度、所述第三目标压力、所述各集总的第三目标摩尔流量、所述油气的第三目标线速度所述催化剂的第三目标线速度，对所述第二反应区模型进行校正。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述催化剂的初始质量流量的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器的质量流量增加到第一增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第一增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

在所述催化剂的初始温度的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器时的温度增加到增益后温度，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂升温到所述增益后温度的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

在原料油的初始质量流量的基础上将所述原料油注入所述提升管反应器的质量流量增加到第二增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第二增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

在所述急冷汽油的初始质量流量的基础上将所述急冷汽油注入所述第二反应区的质量流量增加到第三增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述急冷汽油增加到所述第三增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率。

8.一种流化催化裂化反应的预测装置，其特征在于，应用于包括第一反应区和第二反应区的提升管反应器，所述装置包括：

第一计算单元，用于根据各集总注入所述提升管反应器的初始质量流量、所述各集总注入所述提升管反应器时的初始温度、所述各集总的摩尔质量、所述各原料集总的摩尔热容、所述催化剂的堆密度、所述第一反应区的内径、所述提升管反应器中的沉降器顶部压力、所述第一反应区的长度和所述第二反应区的长度，通过第一进口段模型，为所述第一反应区的进口处计算第一初始温度、第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度以及所述催化剂的第一初始线速度；其中，所述第一进口段模型表示在所述第一反应区的进口段中所述油气与所述催化剂进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第二计算单元，用于根据所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第一反应区的长度以及所述各集总在所述第一反应区的反应速率，通过第一反应区模型，为所述第一反应区的出口处计算第一目标温度、第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度；其中，所述第一反应区模型表示在所述第一反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在所述第一反应区的反应速率表示所述各集总在所述第一反应区进行一次裂化反应；

第三计算单元，用于根据所述各集总的第一目标摩尔流量、所述各集总的摩尔热容、所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述油气的第一目标线速度、所述催化剂的第一目标线速度、从减压装置注入所述第二反应区的污油中柴油与汽油的初始质量流量、注入所述第二反应区的急冷汽油的初始质量流量、所述污油的初始温度、所述急冷汽油的初始温度、所述第一反应区的内径、所述第二反应区的内径，通过第二进口段模型，为所述第二反应区的进口段计算第二初始温度、第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度以及所述催化剂的第二初始线速度；其中，所述第二进口段模型表示在所述第二反应区的进口段中所述油气、所述催化剂与所述急冷介质进行绝热等焓且无化学反应的物理混合过程；

第四计算单元，用于根据所述第二初始温度、所述第二初始压力、所述各集总的第二初始摩尔流量、所述油气的第二初始线速度、所述催化剂的第二初始线速度、所述各集总的摩尔质量、所述各集总的摩尔热容、催化裂化反应过程的平均摩尔反应热、所述催化剂的平均粒径、所述第二反应区的长度以及所述各集总在所述第二反应区的反应速率，通过第二反应区模型，为所述第二反应区的出口处计算第二目标温度、第二目标压力、所述各集总的第二目标摩尔流量、所述油气的第二目标线速度以及所述催化剂的第二目标线速度；其中，所述第二反应区模型表示在所述第二反应区中所述油气与所述催化剂进行理想平推流反应，所述各集总在第二反应区的反应速率表示所述各集总在所述第二反应区进行增加氢转移反应和异构化反应；

所述理想平推流反应表示满足绝热且气固两相流体动量守恒的反应过程，所述各集总表示提升管反应器中具有的各组分。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述各集总包括各原料集总和各产物集总，所述各原料集总包括渣油集总、蜡油集总、催化剂集总、蒸汽集总和干气集总，所述蒸汽集总包括预提升蒸汽和雾化蒸汽，所述各产物集总包括所述渣油集总、所述蜡油集总、柴油集总、汽油集总、液化气集总和干气焦炭集总。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一反应区模型包括所述各产物集总的第一反应动力学微分方程、第一反应热力学微分方程、第一气固两相流体动力学微分方程和第一压力分布微分方程；

所述各产物集总的第一反应动力学微分方程表示：在所述第一反应区中，所述渣油集总向所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转换，所述蜡油集总向所述柴油集总、所述汽油集总、所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述柴油集总向所述汽油集总向所述汽油集总、所述液化气集总和所述干气焦炭集总进行化学转化，所述汽油集总向所述液化气集总合所述干气焦炭集总进行化学转化，所述液化气集总向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第一反应热力学微分方程表示在所述第一反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第一气固两相流体动力学微分方程反映所述第一反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第一压力分布微分方程反映所述第一反应区中气固两相流体动量守恒。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二反应区模型包括所述各产物集总的第二反应动力学微分方程、第二反应热力学微分方程、第二气固两相流体动力学微分方程和第二压力分布微分方程；

所述各产物集总的第二反应动力学微分方程表示：在所述第二反应区中，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总之间不发生化学转化，所述渣油集总、所述蜡油集总、所述柴油集总、所汽油集总、所述液化气集总分别向所述干气焦炭集总进行化学转化；

所述第二反应热力学微分方程表示在所述第二反应区中的流化催化裂化反应过程为绝热过程；

所述第二气固两相流体动力学微分方程反映所述第二反应区中所述油气和所述催化剂的流体动力学原理；

所述第二压力分布微分方程反映所述第二反应区中气固两相流体动量守恒。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

第五计算单元，用于根据所述油气的第一初始线速度和所述油气的第一目标线速度，计算所述油气在所述第一反应区中的停留时间；

第六计算单元，用于根据所述油气的第二初始线速度和所述油气的第二目标线速度，计算所述油气在所述第二反应区中的停留时间；

第七计算单元，用于根据所述催化剂的第一初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第一反应区中的停留时间；

第八计算单元，用于根据所述催化剂的第二初始线速度和所述催化剂的第二目标线速度，计算所述催化剂在所述第二反应区中的停留时间。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

第一监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的进口段，得到第一实测温度、第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度和所述催化剂的第一实测线速度；

第一校正单元，用于基于所述第一实测温度、所述第一实测压力、所述各集总的第一实测摩尔流量、所述油气的第一实测线速度、所述催化剂的第一实测线速度与所述第一初始温度、所述第一初始压力、所述各集总的第一初始摩尔流量、所述油气的第一初始线速度、所述催化剂的第一初始线速度，对所述第一进口段模型进行校正；

第二监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第一反应区的出口处，得到第二实测温度、第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度和所述催化剂的第二实测线速度；

第二校正单元，用于基于所述第二实测温度、所述第二实测压力、所述各集总的第二实测摩尔流量、所述油气的第二实测线速度、所述催化剂的第二实测线速度与所述第一目标温度、所述第一目标压力、所述各集总的第一目标摩尔流量、所述油气的第一目标线速度以及所述催化剂的第一目标线速度，对所述第一反应区模型进行校正；

第三监测单元，用于在所述提升管反应器实际运行的过程中监测所述第二反应区的出口处，得到第三实测温度、第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度和所述催化剂的第三实测线速度；

第三校正单元，用于基于所述第三实测温度、所述第三实测压力、所述各集总的第三实测摩尔流量、所述油气的第三实测线速度所述催化剂的第三实测线速度与所述第三目标温度、所述第三目标压力、所述各集总的第三目标摩尔流量、所述油气的第三目标线速度所述催化剂的第三目标线速度，对所述第二反应区模型进行校正。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

第一增益单元，用于在所述催化剂的初始质量流量的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器的质量流量增加到第一增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第一增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第二增益单元，用于在所述催化剂的初始温度的基础上将所述催化剂注入所述提升管反应器时的温度增加到增益后温度，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂升温到所述增益后温度的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第三增益单元，用于在原料油的初始质量流量的基础上将所述原料油注入所述提升管反应器的质量流量增加到第二增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述催化剂增加到所述第二增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率；

第四增益单元，用于在所述急冷汽油的初始质量流量的基础上将所述急冷汽油注入所述第二反应区的质量流量增加到第三增益后质量流量，并通过所述第一进口段模型、所述第一反应区模型、所述第二进口段模型和所述第二反应区模型，计算所述各集总在所述急冷汽油增加到所述第三增益后质量流量的情况下所述第一反应区的进口处的增益温度、所述第一反应区的出口处的增益温度、所述第二反应区的进口处的增益温度、所述第二反应区的出口处的增益温度和所述各集总的增益收率。