CN111738613A - 一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，具体为包括四个模块：反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块以及数据处理模块。通过综合重油加工过程中的反应热变化、反应器压差波动、风险点温度波动为主要数据参考指标，以预定计算方法处理后最终获得反应器实时状态下的结焦风险判定。本发明可以方便、快捷、准确的对重油加工过程的结焦风险进行量化以方便进行判断和预测，极大降低了重油加工过程的操作难度以及安全隐患。

Description

一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统
技术领域
本发明涉及重劣质油加工领域以及信息处理技术领域，特别涉及一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统。
背景技术
根据近些年来统计显示，全球探明石油可采储量中，基本以重质和中质油为主，轻质原油占比逐年下降。未来新增原油供应将以重劣质油为主，原油资源的重质化、劣质化趋势明显。随着这一趋势的逐渐加深，目前重质油加工工艺技术成为研究开发重点，受到了广泛的重视。
由于重质油难加工的特点，重质油加工工艺技术通常温度较高、压力较大，应相应的重劣质油原料通常具有非常大的结焦倾向，即极高的胶质沥青质含量以及残炭值，这就给反应工艺系统带来了较大的安全风险以及不稳定因素，因此，对于反应器内部真实反应状态的有效实时监控很有必要。
对于重劣质油轻质化转化反应，其构成复杂，裂化、临氢裂化、加氢反应等都具有非常明显的热效应，结焦阶段的热效应与加氢状态下的热效应具有非常明显的差别，稳定反应阶段由于加氢深度的不同亦会造成吸放热的差别，利用反应系统的热效应对反应系统进行实时监控可以对反应系统的稳定性以及转化效率进行有效的控制以及预测。
一般来说，重油加工领域技术人员采用风险点温度或者反应器压差来对反应情况进行实时监控，但是该种方法经验性强、不够客观准确、干扰因素较多，且不具备实时性，当反应器压差变化过大或风险点温度异常之时，往往意味着反应器内部状态已经较为恶化。
中国专利(CN110314634A)中公开了一种应用于管式反应器内部反应状态实时监控的方法，该方法通过五个模块(反应器中心测温模块，外壁测温模块，比热分析模块，数据处理模块，显示模块)的整合系统，对反应器内部、外部各个测温点以及输出功率的测量，通过预订程序计算得到模型曲线，根据该模型曲线的变化可以对反应器内部真实反应状态进行实时监控。
但上述该发明中的方法需要技术人员对于用该技术方法所得状态曲线有足够深入的认识以及使用经验，且无法对反应器内部状态进行准确和标准的量化。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，可以方便、快捷、准确的对重油加工过程的结焦风险进行量化以方便进行判断和预测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，包括反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块，所述的反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块输出端连接数据处理模块；
所述的数据处理模块通过接收反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块的实时数据，通过预定计算方法处理后最终获得反应器实时状态下的结焦风险判定，用于将反应器内部的结焦风险进行量化。
所述的数据处理模块的反应体系在t时刻的结焦风险指数S可采用如下公式定义：
Figure BDA0002561144330000031
所述的反应热计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间从反应器入口至反应器出口均匀分布的共计L个监测位置中每一处的反应放热平均量，定义为Hn(t)，其中1≤n≤L，且L≥4；
定义反应放热输出结果Hn(t)的稳定指数为SH，则有：
Figure BDA0002561144330000032
其中Hn(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻相应位置的放热量计算或测量值。
所述的反应压差计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器入口与反应器出口处压力差随时间变化的曲线，定义为P(t)；
定义该时段反应器压差输出结果P(t)的稳定指数为SP，则有：
Figure BDA0002561144330000033
其中P(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻的反应器压差。
所述的风险点温度计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器风险较大点测量温度随时间变化的曲线，定义为Tk(t)，其中k为风险温度点个数，且k≥1；
定义该时段大风险温度点随时间变化曲线输出结果Tk(t)的稳定指数为ST，则有：
Figure BDA0002561144330000041
其中Tk(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻第k个风险测量点的测量温度值，Sgn(x)为符号函数，当x<0时，返回值为-1；当x＝0时，返回的函数值为0；当x>0时，返回值为1。
综上，最终有：
Figure BDA0002561144330000042
本发明的有益效果：
本发明通过综合重油加工过程中的反应热变化、反应器压差波动、风险点温度波动为主要数据参考指标，以预定计算方法处理后最终获得反应器实时状态下的结焦风险判定。本发明可以方便、快捷、准确的对重油加工过程的结焦风险进行量化以方便进行判断和预测，极大降低了重油加工过程的操作难度以及安全隐患。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
图2为结焦风险指数变化曲线示意图。
图3为结焦风险指数变化曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：本结焦风险预测系统主要包括以下几部分：反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块以及数据处理模块。其中数据处理模块通过接收反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块的实时数据，通过预定计算方法处理后最终获得反应器实时状态下的结焦风险判定。
如上所述的反应热计量模块，其输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间从反应器入口至反应器出口均匀分布的共计L个监测位置中每一处的反应放热平均量，定义为Hn(t)，其中1≤n≤L，且L≥4。
定义反应放热输出结果Hn(t)的稳定指数为SH，则有：
Figure BDA0002561144330000051
其中Hn(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻相应位置的放热量计算或测量值。
如上所述的反应压差计量模块，其输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器入口与反应器出口处压力差随时间变化的曲线，定义为P(t)。
定义该时段反应器压差输出结果P(t)的稳定指数为SP，则有：
Figure BDA0002561144330000061
其中P(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻的反应器压差。
如上所述的风险点温度计量模块，其输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器风险较大点测量温度随时间变化的曲线，定义为Tk(t)，其中k为风险温度点个数，且k≥1。
定义该时段大风险温度点随时间变化曲线输出结果Tk(t)的稳定指数为ST，则有：
Figure BDA0002561144330000062
其中Tk(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻第k个风险测量点的测量温度值，Sgn(x)为符号函数，当x<0时，返回值为-1；当x＝0时，返回的函数值为0；当x>0时，返回值为1。
如上所述的实时监控系统，可以为一套独立的系统，亦可以包含在反应工艺的整体DCS控制系统之中。
如上所述的数据处理模块为统合上述各个模块数据，进行整合处理的器件。
如上所述，反应体系在t时刻的整体结焦风险指数S可采用如下公式定义：
Figure BDA0002561144330000063
最终有：
Figure BDA0002561144330000071
如上所述的时间段Δt，可以为1s-6h。
如上所述的反应热计量模块，其具体方法可采用专利(CN110314634A)采用的方法，亦可采用其他有效的手段。
如上所述的结焦风险指数，数值越大代表其相对结焦风险越大。
实施例1为稳定条件下根据本专利方法计算所得的结焦风险指数变化曲线，L＝5，Δt＝24h。从图2中可以看到，反应体系的结焦风险指数在整个考察区间与初值相差不大，维持一个较为均衡的水平，说明该反应体系条件下在考察区间整体维持了相对较低的结焦风险水平。
实施例2为一次典型介稳态条件下根据本专利方法计算所得的结焦风险指数变化曲线，L＝5，Δt＝1h。从图3中可以看到，在初期，反应体系的结焦风险指数在整个考察区间与初值相差不大，维持一个较为均衡的水平，说明该反应体系条件下在考察区间整体维持了相对较低的结焦风险水平；但随后在结焦风险指数呈现出急剧增随后又逐渐平稳的趋势，说明在拐点处，结焦风险急剧增大。

Claims (5)

1.一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，其特征在于，包括反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块，所述的反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块输出端连接数据处理模块；
所述的数据处理模块通过接收反应热计量模块、反应压差计量模块、风险点温度计量模块的实时数据，通过预定计算方法处理后最终获得反应器实时状态下的结焦风险判定，用于将反应器内部的结焦风险进行量化。
2.根据权利要求1所述的一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，其特征在于，所述的数据处理模块的反应体系在t时刻的结焦风险指数S可采用如下公式定义：
反应体系在t时刻的整体结焦风险指数S可采用如下公式定义：
Figure FDA0002561144320000011
3.根据权利要求2所述的一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，其特征在于，所述的反应热计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间从反应器入口至反应器出口均匀分布的共计L个监测位置中每一处的反应放热平均量，定义为Hn(t)，其中1≤n≤L，且L≥4；
定义反应放热输出结果Hn(t)的稳定指数为SH，则有：
Figure FDA0002561144320000012
其中Hn(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻相应位置的放热量计算或测量值。
4.根据权利要求2所述的一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，其特征在于，所述的反应压差计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器入口与反应器出口处压力差随时间变化的曲线，定义为P(t)；
定义该时段反应器压差输出结果P(t)的稳定指数为SP，则有：
Figure FDA0002561144320000021
其中P(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻的反应器压差。
5.根据权利要求2所述的一种基于反应体系热平衡的重油加工过程结焦风险预测系统，其特征在于，所述的风险点温度计量模块输出结果为反应时刻t-Δt至时刻t期间反应器风险较大点测量温度随时间变化的曲线，定义为Tk(t)，其中k为风险温度点个数，且k≥1；
定义该时段大风险温度点随时间变化曲线输出结果Tk(t)的稳定指数为ST，则有：
Figure FDA0002561144320000022
其中Tk(0)代表典型稳定状态条件下或者反应最初0时刻第k个风险测量点的测量温度值，Sgn(x)为符号函数，当x<0时，返回值为-1；当x＝0时，返回的函数值为0；当x>0时，返回值为1。
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