CN113223625A - 一种催化裂化反应过程建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化裂化反应过程建模方法及装置，属于化工领域。其包括以下步骤：将催化裂化反应的原料和产品划分成原料集总和产品集总，前者包括馏分油易裂化、馏分油中间、馏分油易缩合、减压渣油易裂化、减压渣油中间及减压渣油易缩合对应的集总；后者包括干气、液化气、焦炭、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃、柴油链烷烃、柴油环烷烃和柴油芳烃对应的集总；根据所得的集总及催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络；根据催化裂化反应网络建立催化裂化动力学模型；提出目标函数，求解动力学模型参数。该方法可以真实反映出原料性质的改变对催化裂化反应过程的影响，并且能在不影响模型预测精度的同时，使模型求解更加简便。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种催化裂化反应过程建模方法及装置。
背景技术
催化裂化是重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有很重要的地位。催化裂化装置设计及操作的情况对炼厂的整体经济效益有较大影响。在催化裂化装置的设计及操作阶段，借助催化裂化反应系统过程模拟优化模型，对其反应系统的设计及操作进行必要的模拟优化，提高整个装置的设计及操作水平，可显著增加炼厂的经济效益。
对于催化裂化反应系统进行模拟及优化需要一个准确实用的工艺计算模型。催化裂化反应过程复杂，目前相应方法所建立的集总动力学模型，难以从机理上反映出原料性质变化对产品分布和性质的影响，在实际应用中受复杂的催化裂化原料和反应过程的影响，往往适应性较差。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一包括提供一种催化裂化反应过程建模方法，以解决上述技术问题。
本发明的目的之二包括提供一种催化裂化反应过程的建模装置。
本发明的目的之三包括提供一种运行催化裂化反应过程的建模装置的电子设备。
本发明的目的之四包括提供一种可运行催化裂化反应过程的建模装置的可读存储介质。
本申请可这样实现：
第一方面，本申请提供一种催化裂化反应过程建模方法，包括以下步骤：
将催化裂化反应的原料和产品分别划分成原料集总和产品集总；
其中，原料为原料油，产品包括干气、液化气、汽油、柴油和焦炭；
原料集总包括馏分油易裂化集总、馏分油中间集总、馏分油易缩合集总、减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总以及减压渣油易缩合集总；
产品集总包括干气集总、液化气集总、焦炭集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油链烷烃集总、柴油环烷烃集总和柴油芳烃集总；
根据划分所得的集总以及催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络；
根据催化裂化反应网络建立催化裂化动力学模型；
提出目标函数，求解动力学模型参数。
在可选的实施方式中，原料集总和产品集总共分为5层；减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总以及减压渣油易缩合集总为第1层；馏分油易裂化集总、馏分油中间集总以及馏分油易缩合集总为第2层；柴油链烷烃集总、柴油环烷烃集总以及柴油芳烃集总为第3层；汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总以及汽油芳烃集总为第4层；干气集总、液化气集总以及焦炭集总为第5层；
同一层的不同集总之间不产生相互作用，不同层的集总之间按催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络。
在可选的实施方式中，建立催化裂化反应网络包括：
将减压渣油易裂化集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油链烷烃集总以及馏分油易裂化集总建立反应；
将减压渣油中间集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油环烷烃集总、馏分油中间集总以及焦炭集总建立反应；
将减压渣油易缩合集总分别与汽油芳烃集总、柴油芳烃集总、馏分油易缩合集总以及焦炭集总建立反应；
将馏分油易裂化集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总以及柴油链烷烃集总建立反应；
将馏分油中间集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油环烷烃集总以及焦炭集总建立反应；
将馏分油易缩合集总分别与汽油芳烃集总、柴油芳烃集总以及焦炭集总建立反应；
将柴油链烷烃集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总以及焦炭集总建立反应；
将柴油环烷烃集总分别与干气集总、液化气集总、汽油环烷烃集总、汽油烯烃集总以及焦炭集总建立反应；
将柴油芳烃集总分别与干气集总、液化气集总、汽油芳烃集总与焦炭集总建立反应；
将汽油链烷烃集总分别与干气集总和液化气集总建立反应；
将汽油烯烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应；
将汽油环烷烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应；
将汽油芳烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应。
在可选的实施方式中，馏分油的馏程为350-500℃，减压渣油的馏程＞500℃。
在可选的实施方式中，催化裂化动力学模型的基本方程为：
Y＝[yVRHCK,yVRHI,yVRHCD,yVGOHCK,yVGOHI,yVGOHCD,yGAS,yLPG,yGP,yGO,yGN,yGA,yLP,yLN,yLA,yCK]T；
其中，Y为各集总组分的质量分率向量，P表示体系压力；R为气体常数；T表示体系温度；X＝x/H表示床层中x截面处的无因次相对距离；x表示从提升管入口算起进入反应器的距离；H表示催化剂床层总长；SWH表示真实的重时空速；yi为各组分的质量分率；yVRHCK表示减压渣油易裂化集总组分的质量分率；yVRHI表示减压渣油中间集总组分的质量分率；yVRHCD表示减压渣油易缩合集总组分的质量分率；yVGOHCK表示馏分油易裂化集总组分的质量分率；yVGOHI表示馏分油中间集总组分的质量分率；yVGOHCD表示馏分油易缩合集总组分的质量分率；yGAS表示干气集总组分的质量分率；yLPG表示液化气集总组分的质量分率；yGP表示汽油链烷烃集总组分的质量分率；yGO表示汽油烯烃集总组分的质量分率；yGN表示汽油环烷烃集总组分的质量分率；yGA表示汽油芳烃集总组分的质量分率；yLP表示柴油链烷烃集总组分的质量分率；yLN表示柴油环烷烃集总组分的质量分率；yLA表示柴油芳烃集总组分的质量分率；yCK表示焦炭集总组分的质量分率；M为第i集总的平均相对分子量；K为反应速率常数矩阵；
表示催化剂生焦对活性的影响，且认为催化剂生焦速率仅是催化剂停留时间的函数；tc为催化剂停留时间；β为催化剂失活常数；
其中，yVGOHCK＝yVGO·yHCK；yVGOHI＝yVGO·yHI；yVGOHCD＝yVGO·yHCD；yVRHCK＝yVR·yHCK；yVRHI＝yVR·yHI；yVRHCD＝yVR·yHCD；
yHI＝1-yHCK-yHCD。
在可选的实施方式中，催化裂化动力学模型的基本方程由连续性方程和反应速率方程推导而得；
连续性方程为：
反应速率方程为：
且yi与ai的关系如下：
其中，i表示集总组分；j表示第j个反应；ai表示第i集总的浓度；ρ表示油气混合物密度；t表示反应时间；Gv表示油气横截面表面的质量流速；Ri表示第i集总的反应速率；nr表示反应个数；vi,j表示i集总在反应j中的化学计量系数；rj表示j反应的反应速率；kj表示反应j的反应速率常数；ρc表示相对反应器体积的催化剂密度，ε表示空隙率。
在可选的实施方式中，目标函数为：
其中，
为试验值和拟合值的误差平方和；nexp为试验的次数；ncexp为组分数，yij为i集总在反应j中的试验浓度，
为i集总在反应j中的拟合浓度。
第二方面，本申请提供一种催化裂化反应过程的建模装置，其包括采用前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法进行建模的建模模块。
第三方面，本申请提供一种电子设备，其包括处理器及存储器，存储器存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器执行时，运行前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
第四方面，本申请提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时运行如前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
本申请的有益效果包括：
本申请提出的催化裂化反应过程建模方法，在集总划分时，将原料油按馏程和易裂化程度划分为减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总、减压渣油易缩合集总、馏分油易裂化集总、馏分油中间集总以及馏分油易缩合集总共6个集总，可以真实反映出原料性质的改变对催化裂化反应过程的影响。并且，根据原料划分后各集总的特性，通过对反应网络合理简化，可在不影响模型预测精度的同时，使模型求解更加简便。相应的建模装置、电子设备和可读存储介质可快速运行上述过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例1中催化裂化反应动力学模型的反应网络；
图2为本申请对比例1中催化裂化反应动力学模型的反应网络；
图3为本申请对比例2中催化裂化反应动力学模型的反应网络。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的催化裂化反应过程建模方法及装置进行具体说明。
目前针对催化裂化反应建立的相关集总动力学模型，难以从机理上反映出原料性质变化对产品分布和性质的影响，在实际应用中受复杂的催化裂化原料和反应过程的影响，往往适应性较差。
发明人提出：现有技术中集总动力学反应模型在对原料进行集总划分时，只考虑原料的族组成或馏程，因此所建立的集总动力学模型，通常只能反映原料族组成或馏程的变化对产品分布和产品性质的影响，不能反映密度、粘度、残炭、分子量、碳氢含量等性质对产品分布和产品性质的影响。在模型的实际应用中，常采用关联式的技术手段对产品分布和产品性质进行校正，但由于所建立的关联式通常是经验公式，难以从机理上反映出原料性质变化对产品分布和性质的影响。值得强调的是，催化裂化反应过程复杂，原料、操作条件、催化剂等的改变，都会对产品分布和产品性质产生影响，并非随意设置动力学模型均可获得较高的适应性。
为了弥补现有研究的不足，发明人创造性地提出了一种催化裂化反应过程建模方法，其可以从机理上更加准确地描述催化裂化反应过程，反映出不同原料性质对催化裂化产品分布和性质影响，精确预测产品分布和性质。
可参考地，该方法包括以下步骤：
将催化裂化反应的原料和产品分别划分成原料集总和产品集总，该划分标准参照馏程进行划分。其中，原料为原料油，产品包括干气、液化气、汽油、柴油和焦炭。值得说明的是，此处的“原料”指最初的原料，“产品”中的干气、液化气和焦炭为最终产品，汽油和柴油为中间产品，也即汽油和柴油在某种程度上可作为中间原料。
原料油按馏程划分为馏分油(馏程为350-500℃)和减压渣油(馏程＞500℃)。馏分油和减压渣油按其裂化性能，均分别划分为易裂化(HCK)、中间(HI)和易缩合(HCD)3个组分。汽油按PONA组成划分成汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃和汽油芳烃，柴油则划分成柴油链烷烃、柴油环烷烃和柴油芳烃。
相应地，原料集总包括馏分油易裂化集总(VGOHCK)、馏分油中间集总(VGOHI)、馏分油易缩合集总(VGOHCD)、减压渣油易裂化集总(VRHCK)、减压渣油中间集总(VRHI)以及减压渣油易缩合集总(VRHCD)。产品集总包括干气集总(GAS)、液化气集总(LPG)、焦炭集总(CK)、汽油链烷烃集总(GP)、汽油烯烃集总(GO)、汽油环烷烃集总(GN)、汽油芳烃集总(GA)、柴油链烷烃集总(LP)、柴油环烷烃集总(LN)和柴油芳烃集总(LA)。
上述集总分别均具有显著的特性，因此在建立催化裂化动力学反应网络时，需要充分考虑到原料油各集总特性，对反应网络进行合理简化。
进一步地，根据划分所得的集总以及催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络。
催化裂化反应主要有裂化和缩合两大类，裂化反应主要生成干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃、柴油链烷烃、柴油环烷烃和柴油芳烃，缩合反应主要生成油浆(可理解为VGOHCD)和焦炭，本申请建立的反应网络包括16个集总64个反应。
将原料集总和产品集总共分为5层；减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总以及减压渣油易缩合集总为第1层；馏分油易裂化集总、馏分油中间集总以及馏分油易缩合集总为第2层；柴油链烷烃集总、柴油环烷烃集总以及柴油芳烃集总为第3层；汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总以及汽油芳烃集总为第4层；干气集总、液化气集总以及焦炭集总为第5层。同一层的不同集总之间不产生相互作用，不同层的集总之间按催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络。
建立催化裂化反应网络具体如下：
将减压渣油易裂化集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总分、柴油链烷烃集总以及馏分油易裂化集总建立反应。该关系的建立依据为减压渣油易裂化组分通过裂化反应生成干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃、柴油链烷烃以及馏分油易裂化组分。
将减压渣油中间集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油环烷烃集总、馏分油中间集总以及焦炭集总建立反应；该关系的建立依据为裂化反应的原料与产物之间的关系。该关系的建立依据为减压渣油中间组分通过裂化反应生成干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃、柴油链烷烃以及馏分油易裂化组分，通过缩合反应生成焦炭。
将减压渣油易缩合集总分别与汽油芳烃集总、柴油芳烃集总、馏分油易缩合集总以及焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为减压渣油易缩合组分通过裂化反应生成汽油芳烃、柴油芳烃和馏分油易缩合组分，通过缩合反应生成焦炭。
将馏分油易裂化集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃、汽油芳烃以及柴油链烷烃建立反应。该关系的建立依据为馏分油易裂化组分通过裂化反应生成干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃以及柴油链烷烃。
将馏分油中间集总分别与干气集总、液化气集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃、柴油环烷烃以及焦炭建立反应。该关系的建立依据为馏分油中间组分通过裂化反应生成干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃、汽油环烷烃、汽油芳烃、柴油环烷烃，通过缩合反应生成焦炭。
将馏分油易缩合集总分别与汽油芳烃集总、柴油芳烃集总以及焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为馏分油易缩合组分通过裂化反应生成汽油芳烃和柴油芳烃，通过缩合反应生成焦炭。
将柴油链烷烃分别与干气、液化气、汽油链烷烃、汽油烯烃以及焦炭建立反应。该关系的建立依据为柴油链烷烃通过裂化反应生成干气、液化气、汽油链烷烃和汽油烯烃，通过缩合反应生成焦炭。
将柴油环烷烃集总分别与干气集总、液化气集总、汽油环烷烃集总、汽油烯烃集总以及焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为柴油环烷烃通过裂化反应生成干气、液化气、汽油环烷烃和汽油烯烃，通过缩合反应生成焦炭。
将柴油芳烃集总分别与干气集总、液化气集总、汽油芳烃集总与焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为柴油芳烃通过裂化反应生成干气、液化气和汽油芳烃，通过缩合反应生成焦炭。
将汽油链烷烃集总分别与干气集总和液化气集总建立反应。该关系的建立依据为汽油链烷烃通过裂化反应生成干气和液化气。
将汽油烯烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为汽油烯烃通过裂化反应生成干气和液化气，通过缩合反应生成焦炭。
将汽油环烷烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为汽油环烷通过裂化反应生成干气和液化气，通过缩合反应生成焦炭。
将汽油芳烃集总分别与干气集总、液化气集总和焦炭集总建立反应。该关系的建立依据为汽油芳烃通过裂化反应生成干气和液化气，通过缩合反应生成焦炭。
进一步地，根据催化裂化反应网络建立催化裂化动力学模型；
在可选的实施方式中，催化裂化动力学模型的基本方程为：
Y＝[yVRHCK,yVRHI,yVRHCD,yVGOHCK,yVGOHI,yVGOHCD,yGAS,yLPG,yGP,yGO,yGN,yGA,yLP,yLN,yLA,yCK]T。
其中，Y为各集总组分的质量分率向量，P表示体系压力，单位为Pa；R为气体常数(具体为8.314J/(mol·K))；T表示体系温度，单位为K；X＝x/H表示床层中x截面处的无因次相对距离；x表示从提升管入口算起进入反应器的距离；H表示催化剂床层总长；SWH表示真实的重时空速；yi为各组分的质量分率；yVRHCK表示减压渣油易裂化集总组分的质量分率；yVRHI表示减压渣油中间集总组分的质量分率；yVRHCD表示减压渣油易缩合集总组分的质量分率；yVGOHCK表示馏分油易裂化集总组分的质量分率；yVGOHI表示馏分油中间集总组分的质量分率；yVGOHCD表示馏分油易缩合集总组分的质量分率；yGAS表示干气集总组分的质量分率；yLPG表示液化气集总组分的质量分率；yGP表示汽油链烷烃集总组分的质量分率；yGO表示汽油烯烃集总组分的质量分率；yGN表示汽油环烷烃集总组分的质量分率；yGA表示汽油芳烃集总组分的质量分率；yLP表示柴油链烷烃集总组分的质量分率；yLN表示柴油环烷烃集总组分的质量分率；yLA表示柴油芳烃集总组分的质量分率；yCK表示焦炭集总组分的质量分率；M为第i集总的平均相对分子量；K为反应速率常数矩阵；
表示催化剂生焦对活性的影响，且认为催化剂生焦速率仅是催化剂停留时间的函数；tc为催化剂停留时间；β为催化剂失活常数。
上述催化裂化动力学模型的基本方程由连续性方程和反应速率方程推导而得。此过程，对于提升管反应器，由于油气流量高，通过时间短，可以忽略返混，因此可将提升管反应器假设为理想活塞流反应器。对等温、气相、活塞流反应器，质点内扩散可以忽略不计，从而得出：
连续性方程为：
反应速率方程为：
且yi与ai的关系如下：
其中，i表示集总组分；j表示第j个反应；ai表示第i集总的浓度，单位为molesi/g气体；ρ表示油气混合物密度，单位为g/cm3；t表示反应时间；Gv表示油气横截面表面的质量流速，单位为g/(cm2·h)；Ri表示第i集总的反应速率，单位为mol/(cm3·h)；nr表示反应个数；vi,j表示i集总在反应j中的化学计量系数；rj表示j反应的反应速率，单位为mol/(cm3·h)；kj表示反应j的反应速率常数，单位为cm3/(g·h)；ρc表示相对反应器体积的催化剂密度，单位为g/cm3，ε表示空隙率。
值得说明的是，本申请原料油中易裂化、中间和易缩合三个组分的含量与原料密度(ρ)、粘度(γ)、残炭(CCR)、分子量(MW)、碳氢质量比(CH)、族组成(SARA)等性质密切相关。本申请提出三个组分与原料油性质的关联式：yi＝fi(ρ,γ,CCR,MW,CH,S,A,R,A)(i＝HCK,HI,HCD)。式中y为质量含量，单位为1。上述关联式中由左至右的S、A、R、A依次分别表示原料饱和分、芳香分、胶质和沥青质。
原料油中易裂化组分与原料油饱和烃含量正相关，与密度、粘度、残炭、分子量、碳氢比负相关，故，易裂化集总计算公式如下：
原料油中易缩合组分与原料油芳烃、胶质和沥青质含量、密度、粘度、残炭、分子量、碳氢比正相关，因此，易缩合集总计算公式如下：
中间集总计算公式如下：yHI＝1-yHCK-yHCD。
由此可以计算原料油六个集总：
yVGOHCK＝yVGO·yHCK；yVGOHI＝yVGO·yHI；yVGOHCD＝yVGO·yHCD；yVRHCK＝yVR·yHCK；yVRHI＝yVR·yHI；yVRHCD＝yVR·yHCD。
进一步地，为催化裂化动力学模型参数估值。基于动力学模型参数估值需要最小化一个目标函数Φ，因此提出目标函数，求解动力学模型参数。
目标函数为：
其中，
为试验值和拟合值的误差平方和；nexp为试验的次数；ncexp为组分数，yij为i集总在反应j中的试验浓度，
为i集总在反应j中的拟合浓度。
动力学参数估值使用粒子群优化算法。求解出动力学模型参数后，可以利用动力学模型进行产品分布预测，并与试验数据进行对比，求出试验值与预测值的平均相对误差。
值得说明的是，本申请中未公开的其它有关建模的操作和条件等可参照现有技术相关内容，在此不做过多赘述。
此外，本申请还提供一种催化裂化反应过程的建模装置，其包括采用前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法进行建模的建模模块。
此外，本申请提供一种电子设备，其包括处理器及存储器，存储器存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器执行时，运行前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
此外，本申请提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时运行如前述实施方式任一项的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
其中，电子设备可以包括催化裂化反应过程建模装置、存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元、音频单元和显示单元。
上述存储器、存储控制器、处理器、外设接口、输入输出单元、音频单元、显示单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。催化裂化反应过程建模装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器中或固化在催化裂化反应过程建模装置的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如催化裂化反应过程建模装置包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器可以但不限于为随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可编程只读存储器(PROM)，可擦除只读存储器(EPROM)，电可擦除只读存储器(EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行对应的程序，本申请涉及的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。
处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CPU)、网络处理器(NP)等；还可以为数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
外设接口将各种输入/输出装置耦合至处理器以及存储器。可参考地，外设接口、处理器以及存储控制器可以在单个芯片中实现，此外，也可分别由独立的芯片实现。
输入输出单元用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。输入输出单元可以但不限于为鼠标和键盘等。
音频单元向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
显示单元在所述电子设备与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。可参考地，显示单元可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。
外设接口将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。可参考地，外设接口，处理器以及存储控制器可以在单个芯片中实现，此外，也可分别由独立的芯片实现。
输入输出单元用于提供给用户输入数据实现用户与处理终端的交互。输入输出单元可以但不限于为鼠标和键盘等。
值得说明的是，本申请的电子设备还可包括较上述公开内容更多或者更少的组件，或者具有与上述内容不同的配置。上述各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提出一种催化裂化反应过程建模方法：
第一步：将原料和产品划分成减压渣油易裂化集总(VRHCK)、减压渣油中间集总(VRHI)、减压渣油易缩合集总(VRHCD)、馏分油易裂化集总(VGOHCK)、馏分油中间集总(VGOHI)、馏分油易缩合集总(VGOHCD)、干气集总(GAS)、液化气集总(LPG)、汽油链烷烃集总(GP)、汽油烯烃集总(GO)、汽油环烷烃集总(GN)、汽油芳烃集总(GA)、柴油链烷烃集总(LP)、柴油环烷烃集总(LN)、柴油芳烃集总(LA)以及焦炭集总(Coke，简称CK)共计16个集总。
第二步：根据所划分的集总和催化裂化反应机理，建立催化裂化反应网络，如图1所示，包括64个反应。
第三步：根据所建立的反应网络和动力学方程建立动力学模型；其中，动力学方程为：
第四步，根据试验数据，以
为目标函数，应用最优化算法求解动力学模型参数。
上述原料油的性质见表1，主要操作条件和产品分布见表2，预测值与试验值的对比见表3。
表1原料油性质
表2主要操作条件和产品分布
表3试验值和预测值平均相对误差
对比例1
按实施例1，所不同的反应网络包括的反应更多，包括102个反应，根据图2建立16集总动力学模型。该原料油的性质见表1，主要操作条件和产品分布见表2，利用动力学模型计算得到的预测值与试验值的对比见表3。
对比例2
按对比例1，所不同的是将原料和产品划分为原料饱和烃集总(HS)、原料芳香烃集总(HA)、原料胶质+沥青质集总(HR)、干气集总(GAS)、液化气集总(LPG)、汽油链烷烃集总(GP)、汽油烯烃集总(GO)、汽油环烷烃集总(GN)、汽油芳烃集总(GA)、柴油链烷烃集总(LP)、柴油环烷烃集总(LN)、柴油芳烃集总(LA)和焦炭集总(CK)13个集总，包括63个反应，根据图3建立13集总动力学模型。该原料油的性质见表1，主要操作条件和产品分布见表2，利用动力学模型计算得到的预测值与试验值的对比见表3。
从表3数据对比情况可见，实施例1和对比例1的催化裂化动力学模型都将原料划分为减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总、减压渣油易缩合集总、馏分油易裂化集总、馏分油中间集总、馏分油易缩合集总6个集总，实施例1的模型包含的反应比对比例1少38个，参数估值的难度大为降低，并且实施例1预测得到的主要产品产率的平均相对误差比对比例更小，说明根据原料集总特性所建立的更为简化的反应网络，能更好地描述反应过程。实施例1与对比例2相比，所包含的反应个数基本相同，但预测的主要产品产率的平均相对误差更小，说明本发明提出的建模方法，具有更高的模拟精度，对不同的原料油有更强的适应性。
综上所述，本申请提出的催化裂化反应过程建模方法，在集总划分时，将原料油按馏程和易裂化程度划分为减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总、减压渣油易缩合集总、馏分油易裂化集总、馏分油中间集总以及馏分油易缩合集总共6个集总，可以真实反映出原料性质的改变对催化裂化反应过程的影响。并且，根据原料划分后各集总的特性，通过对反应网络合理简化，可在不影响模型预测精度的同时，使模型求解更加简便。相应的建模装置、电子设备和可读存储介质可快速运行上述过程。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
将催化裂化反应的原料和产品分别划分成原料集总和产品集总，
其中，所述原料为原料油，所述产品包括干气、液化气、汽油、柴油和焦炭；
所述原料集总包括馏分油易裂化集总、馏分油中间集总、馏分油易缩合集总、减压渣油易裂化集总、减压渣油中间集总以及减压渣油易缩合集总；
所述产品集总包括干气集总、液化气集总、焦炭集总、汽油链烷烃集总、汽油烯烃集总、汽油环烷烃集总、汽油芳烃集总、柴油链烷烃集总、柴油环烷烃集总和柴油芳烃集总；
根据划分所得的集总以及催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络；
根据所述催化裂化反应网络建立催化裂化动力学模型；
提出目标函数，求解动力学模型参数。
2.根据权利要求1所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，所述原料集总和所述产品集总共分为5层；
所述减压渣油易裂化集总、所述减压渣油中间集总以及所述减压渣油易缩合集总为第1层；所述馏分油易裂化集总、所述馏分油中间集总以及所述馏分油易缩合集总为第2层；所述柴油链烷烃集总、所述柴油环烷烃集总以及所述柴油芳烃集总为第3层；所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总、所述汽油环烷烃集总以及所述汽油芳烃集总为第4层；所述干气集总、所述液化气集总以及所述焦炭集总为第5层；
同一层的不同集总之间不产生相互作用，不同层的集总之间按催化裂化反应机理建立催化裂化反应网络。
3.根据权利要求2所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，建立所述催化裂化反应网络包括：
将所述减压渣油易裂化集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总、所述汽油环烷烃集总、所述汽油芳烃集总、所述柴油链烷烃集总以及所述馏分油易裂化集总建立反应；
将所述减压渣油中间集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总、所述汽油环烷烃集总、所述汽油芳烃集总、所述柴油环烷烃集总、所述馏分油中间集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述减压渣油易缩合集总分别与所述汽油芳烃集总、所述柴油芳烃集总、所述馏分油易缩合集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述馏分油易裂化集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总、所述汽油环烷烃集总、所述汽油芳烃集总以及所述柴油链烷烃集总建立反应；
将所述馏分油中间集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总、所述汽油环烷烃集总、所述汽油芳烃集总、所述柴油环烷烃集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述馏分油易缩合集总分别与所述汽油芳烃集总、所述柴油芳烃集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述柴油链烷烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油链烷烃集总、所述汽油烯烃集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述柴油环烷烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油环烷烃集总、所述汽油烯烃集总以及所述焦炭集总建立反应；
将所述柴油芳烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总、所述汽油芳烃集总与所述焦炭集总建立反应；
将所述汽油链烷烃集总分别与所述干气集总和所述液化气集总建立反应；
将所述汽油烯烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总和所述焦炭集总建立反应；
将所述汽油环烷烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总和所述焦炭集总建立反应；
将所述汽油芳烃集总分别与所述干气集总、所述液化气集总和所述焦炭集总建立反应。
4.根据权利要求1-3任一项所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，所述馏分油的馏程为350-500℃，所述减压渣油的馏程＞500℃。
5.根据权利要求1所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，所述催化裂化动力学模型的基本方程为：
Y＝[yVRHCK,yVRHI,yVRHCD,yVGOHCK,yVGOHI,yVGOHCD,yGAS,yLPG,yGP,yGO,yGN,yGA,yLP,yLN,yLA,yCK]T；
其中，Y为各集总组分的质量分率向量，P表示体系压力；R为气体常数；T表示体系温度；X＝x/H表示床层中x截面处的无因次相对距离；x表示从提升管入口算起进入反应器的距离；H表示催化剂床层总长；SWH表示真实的重时空速；yi为各组分的质量分率；yVRHCK表示减压渣油易裂化集总组分的质量分率；yVRHI表示减压渣油中间集总组分的质量分率；yVRHCD表示减压渣油易缩合集总组分的质量分率；yVGOHCK表示馏分油易裂化集总组分的质量分率；yVGOHI表示馏分油中间集总组分的质量分率；yVGOHCD表示馏分油易缩合集总组分的质量分率；yGAS表示干气集总组分的质量分率；yLPG表示液化气集总组分的质量分率；yGP表示汽油链烷烃集总组分的质量分率；yGO表示汽油烯烃集总组分的质量分率；yGN表示汽油环烷烃集总组分的质量分率；yGA表示汽油芳烃集总组分的质量分率；yLP表示柴油链烷烃集总组分的质量分率；yLN表示柴油环烷烃集总组分的质量分率；yLA表示柴油芳烃集总组分的质量分率；yCK表示焦炭集总组分的质量分率；M为第i集总的平均相对分子量；K为反应速率常数矩阵；
表示催化剂生焦对活性的影响，且认为催化剂生焦速率仅是催化剂停留时间的函数；tc为催化剂停留时间；β为催化剂失活常数；
其中，yVGOHCK＝yVGO·yHCK；yVGOHI＝yVGO·yHI；yVGOHCD＝yVGO·yHCD；yVRHCK＝yVR·yHCK；yVRHI＝yVR·yHI；yVRHCD＝yVR·yHCD；
yHI＝1-yHCK-yHCD。
6.根据权利要求5所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，所述催化裂化动力学模型的基本方程由连续性方程和反应速率方程推导而得；
所述连续性方程为：
所述反应速率方程为：
且yi与ai的关系如下：
其中，i表示集总组分；j表示第j个反应；ai表示第i集总的浓度；ρ表示油气混合物密度；t表示反应时间；Gv表示油气横截面表面的质量流速；Ri表示第i集总的反应速率；nr表示反应个数；vi,j表示i集总在反应j中的化学计量系数；rj表示j反应的反应速率；kj表示反应j的反应速率常数；ρc表示相对反应器体积的催化剂密度，单位为g/cm3，ε表示空隙率。
7.根据权利要求6所述的催化裂化反应过程建模方法，其特征在于，所述目标函数为：
其中，
为试验值和拟合值的误差平方和；nexp为试验的次数；ncexp为组分数，yij为i集总在反应j中的试验浓度，
为i集总在反应j中的拟合浓度。
8.一种催化裂化反应过程的建模装置，其特征在于，所述建模装置包括采用权利要求1-7任一项所述的催化裂化反应过程建模方法进行建模的建模模块。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行权利要求1-7任一项所述的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-7任一项所述的催化裂化反应过程建模方法中的步骤。
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