CN113376049B - 一种测量催化裂化装置烟风比的方法 - Google Patents

一种测量催化裂化装置烟风比的方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种测量催化裂化装置烟风比的方法，该方法在催化裂化装置的再生器烟气出口管道上设置烟气湿度测量装置和干烟气组分测量装置，通过测量烟气湿度以及干烟气的组成，并根据烟气及主风中的氮元素守恒，更加准确简便地计算得到催化裂化装置的烟风比数值，该方法所需参数少且容易获取，对于催化裂化装置及其类似工艺装置具备较高的通用性以及较高的测量精度，能够为蒸汽轮机机组监测提供可靠的烟风比参数。

Description

一种测量催化裂化装置烟风比的方法
技术领域
本公开涉及石油化工行业烟风比计算领域，具体地，涉及一种测量催化裂化装置烟风比的方法。
背景技术
催化裂化装置再生器烟气量(湿流量)与主风量(湿流量)的比值即烟风比是核算烟气轮机烟气量的一个重要参数。目前的催化裂化及类似工艺装置如DCC装置、MTO装置中，烟气轮机的烟气量一直是困扰机组标定及核算的一个难题。由于烟气管道不便设置流量计，烟气轮机流量无法直接测量得出。进入烟气轮机的烟气量通常由再生器出口的总烟气量减去旁路流量得出，而总烟气量由主风量乘以烟风比计算得出。烟风比是否准确直接影响到烟气轮机流量计算的准确性。
烟风比的计算比较复杂且计算公式中涉及的各个参数如催化剂循环量、碳氢比、待生催化剂含水量等难以准确测量，现场采用的烟风比通常为一个固定不变的设计值，随着操作条件的变化，实际运行工况下的烟风比往往与设计值有所差别。
实际运行过程中催化裂化装置中的烟风比难以准确测量或者计算得出，影响装置及烟气轮机机组的核算。
发明内容
本公开提供一种测量催化裂化装置烟风比的方法，该方法能够准确简便计算催化裂化装置的烟风比的数值，为下游烟气轮机机组中烟气量的标定及核算提供更加准确的数值依据。
为实现上述目的，本公开提供一种测量催化裂化装置烟风比的方法，该方法包括：
S1：测量干烟气中的N2体积百分比VN干N2、CO体积百分比VN干CO、CO2体积百分比VN干CO2和O2体积百分比VN干O2，并根据式A计算干烟气的平均分子量MN干；
MN干＝28VN干N2+28VN干CO+44VN干CO2+32VN干O2式A
S2：测量并得到湿烟气中水蒸汽与干烟气的质量含量之比W水烟比，并根据式B计算湿烟气中氮气的体积百分比为V湿N2，根据式C计算烟风比；
Figure BDA0002406612640000021
Figure BDA0002406612640000022
其中，Patm为测量环境的大气压力，
Figure BDA0002406612640000023
为测量环境的空气相对湿度，Psa为所述大气压力Patm下水蒸汽的饱和蒸汽压。
可选地，步骤S1中所述的VN干N2、VN干CO、VN干CO2和VN干O2分别由干烟气组分测量装置测量得到。
可选地，所述干烟气组分测量装置设置在所述催化裂化装置的再生器烟气出口。
可选地，步骤S1中所述测量的方法为色谱法和吸收法中的一种或几种。
可选地，步骤S2还包括：由烟气湿度测量装置分别测量所述湿烟气中水蒸汽的质量含量与所述湿烟气中干烟气的质量含量，并计算得到W水烟比。
可选地，所述烟气湿度测量装置设置在所述催化裂化装置的再生器烟气出口。
可选地，步骤S2中所述测量的方法为重量法、冷凝法和干湿球法中的一种或几种。
可选地，步骤S1中所述干烟气由所述湿烟气经所述烟气湿度测量装置脱除水蒸汽后得到。
可选地，该方法还包括：获取Patm、
Figure BDA0002406612640000032
和环境温度Tatm，并根据Tatm、Patm和
Figure BDA0002406612640000031
得到Psa。
可选地，所述获取包括通过气象局实时数据或者通过测量得出。
本公开的方法通过测量烟气湿度以及干烟气的组成，并根据烟气及主风中的氮元素守恒，更加准确简便地计算得到催化裂化装置的烟风比数值，该方法所需参数少且容易获取，对于催化裂化装置及其类似工艺装置具备较高的通用性以及较高的测量精度，能够为蒸汽轮机机组监测提供可靠的烟风比参数。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开的测量催化裂化装置烟风比的方法的一种具体实施方式的装置示意图。
附图标记说明
1.烟气湿度测量装置  2.干烟气组分测量装置
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开提供一种测量催化裂化装置烟风比的方法，该方法包括：S1：测量干烟气中的N2体积百分比VN干N2、CO体积百分比VN干CO、CO2体积百分比VN干CO2和O2体积百分比VN干O2，并根据式A计算干烟气的平均分子量MN干；
MN干＝28VN干N2+28VN干CO+44VN干CO2+32VN干O2式A
S2：测量并得到湿烟气中水蒸汽与干烟气的质量含量之比W水烟比，根据式B计算湿烟气中氮气的体积百分比为V湿N2，并根据氮元素守恒，即进再生器的主风中N2质量与出再生器的烟气中N2质量相等得到式C，由式C计算烟风比；
Figure BDA0002406612640000041
Figure BDA0002406612640000042
其中，Patm为测量环境的大气压力，
Figure BDA0002406612640000043
为测量环境的空气相对湿度，Psa为大气压力Patm下水蒸汽的饱和蒸汽压。
本公开通过测量烟气湿度以及干烟气的组成，并根据烟气及主风中的氮元素守恒，更加准确简便地计算得到催化裂化装置的烟风比数值，该方法所需参数少且容易获取，对于催化裂化装置及其类似工艺装置具备较高的通用性以及较高的测量精度，能够为蒸汽轮机机组监测提供可靠的烟风比参数。
如图1所示，为了测量干烟气的组成，在根据本公开的一种具体实施方式中，本公开在催化裂化装置的再生器烟气出口管道上设置干烟气组分测量装置2；为了测量烟气的湿度，在根据本公开的一种具体实施方式中，在催化裂化装置的再生器烟气出口管道上设置烟气湿度测量装置1。但本公开的测量方法所适用的装置包括但不限于催化裂化装置，其他装置同样具有适用性，例如催化裂解装置，以下说明仅以催化裂化装置为例。
进一步地，为了提高测量烟气的湿度及干烟气的组成的准确性，在根据本公开的一种具体实施方式中，沿烟气流动方向，在烟气湿度测量装置1的下游设置干烟气组分测量装置2，通过烟气湿度测量装置1将湿烟气中的水蒸汽吸收后得到的干烟气，并在下游通过干烟气组分测量装置2测量干烟气的组成，其中，步骤S1中的N2体积百分比VN干N2、CO体积百分比VN干CO、CO2体积百分比VN干CO2和O2体积百分比VN干O2分别由干烟气组分测量装置2测量得到。
催化裂化装置中的再生器通过在装置底部引入空气作为再生主风对催化裂化装置中的催化剂进行氧化再生，所产生的烟气通过再生器顶部的烟气出口引入余热回收系统进行余热回收，在根据本公开的一种具体实施方式中，烟气湿度测量装置1和干烟气组分测量装置2优选地可以设置在再生器的烟气出口管路上，或者可以设置在催化裂化装置的烟气降压孔板上游的三旋出口管路上或者烟气轮机高温蝶阀上游的烟机入口管路上，以上两者的位置处烟气气流稳定且没有外部氮气的流入，从而进一步提高了测量结果的准确性。本公开对于该测量方法所适用的烟气湿度测量装置1和干烟气组分测量装置2没有限制，可以为本领域的常规种类。
本公开对于烟气中的气体组成的测量方法没有限制，可以为本领域的常规选择，在根据本公开的一种具体实施方式中，步骤S1中测量干烟气组成的方法可以色谱法和吸收法中的一种或几种，优选地可以采用色谱法，本公开对于测量烟气组成的装置没有限制，例如可以采用常规色谱仪或理化吸收装置来测量干烟气组成，其中色谱法测量中可以使用的检测器包括但不限于火焰离子检测器(FID)、热导检测器(TCD)、电子捕获检测器(ECD)、氮磷检测器(TSD)和脉冲火焰光度检测器(PFPD)。
为了将湿烟气中的水蒸汽在烟气湿度测量装置1中脱除，并得到湿烟气中的水蒸汽及干烟气的质量含量，在根据本公开的一种具体实施方式中，步骤S2还可以包括：由烟气湿度测量装置1分别测量湿烟气中水蒸汽的质量含量W湿水与湿烟气中干烟气的质量含量W湿干，并根据式D计算得到W水烟比，
W水烟比＝W湿水/W湿干   式D
其中，步骤S2中测量W湿水与W湿干的方法为重量法、冷凝法和干湿球法中的一种或几种，优选地可以采用重量法或冷凝法，所用测量装置可以本领域的常规选择，例如可以为重量法水蒸气透过量测定仪、冷凝-吸附法湿度测定装置、冷凝称重法湿度测定装置和干湿球温湿测量装置中的任意一种。
根据本公开，该方法还包括：获取Patm、Tatm和
Figure BDA0002406612640000061
并根据Patm、Tatm和
Figure BDA0002406612640000062
得到Psa。本公开对获取的方式没有限制，可以为本领域的常规选择，优选地，可以通过查询气象局实时数据获得Patm、Tatm和
Figure BDA0002406612640000063
或者可以通过标准仪表测量得出Patm、Tatm和
Figure BDA0002406612640000064
所用的仪表为本领域的常规选择，优选地可以为空盒气压表、水银温度计和干湿球湿度计中的一种或几种。根据Patm、Tatm和
Figure BDA0002406612640000065
可以通过查表得到水蒸汽饱和蒸汽压Psa。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
实施例1
如图1所示，为本公开的测量方法在催化裂化装置的再生器烟风比的计算中应用的装置示意图，图1所示为采用不完全再生工艺的常规单段再生结构再生器，装置规模280万吨/年：
烟气分析装置设置在再生器出口烟气管道上，由烟气湿度测量装置1和干烟气组分测量装置2组成；
采用烟气湿度测量装置1通过重量法测量烟气湿度，测得湿烟气中水蒸汽的质量含量W湿水为6.263％，干烟气的质量含量为93.737，因此湿烟气中的水蒸气与干烟气的质量含量之比W水烟比为6.681％；
干烟气组分测量装置2采用色谱法，测得干烟气中各组分的体积比为N2体积百分比VN干N为80.51％、CO体积百分比VN干CO为4.75％、CO2体积百分比VN干CO2为14.24％、O2体积百分比VN干O2为0.5％，进一步根据式A计算可得干烟气的平均分子量MN干为30.298；
进而根据式B求得湿烟气中氮气的体积百分比为V湿N2为72.371％；
根据气象局数据，可知当日大气压力为Patm为0.1MPa(A)，大气温度Tatm为20℃，空气相对湿度为
Figure BDA0002406612640000072
为70％，查表可得水蒸汽饱和蒸汽压为Psa为0.0023MPa(A)；
根据氮元素守恒，进再生器的主风中N2质量与出再生器的烟气中N2质量相等，得到式C，并根据式C计算得到的本例中烟风比数值为1.060。
实施例2
采用实施例1的方法测量再生器烟风比，不同之处在于：测量装置为催化裂解装置的富氧再生法再生器，装置生产规模220万吨/年。可以得到：
采用烟气湿度测量装置1通过重量法测量烟气湿度，测得湿烟气中水蒸汽的质量含量W湿水为5.526％，干烟气的质量含量为94.474％，因此湿烟气中的水蒸气与干烟气的质量含量之比W水烟比为5.849％；
干烟气组分测量装置2采用色谱法，测得干烟气中各组分的体积比为N2体积百分比VN干N为81.53％、CO体积百分比VN干CO为0％、CO2体积百分比VN干CO为14.15％、O2体积百分比VN干O为4.32％，进一步根据式A计算可得干烟气的平均分子量MN干为30.437；
进而根据式B求得湿烟气中氮气的体积百分比为V湿N为74.19％；
根据气象局数据，可知当日大气压力为Patm为0.1MPa(A)，大气温度Tatm为20℃，空气相对湿度为
Figure BDA0002406612640000071
为70％，查表可得水蒸汽饱和蒸汽压为Psa为0.0023MPa(A)；
根据氮元素守恒，进再生器的主风中N2质量与出再生器的烟气中N2质量相等，得到式C，并根据式C计算得到的本例中烟风比数值为1.034。
对比例1
采用经典论文《催化裂化的工艺核算Ⅰ—反应器和再生器的物料平衡和热平衡》中给出的烟风比计算过程。在与实施例相同的操作条件下，采用该计算过程计算烟风比，其中：干烟气中各组分的体积比为N2体积百分比为80.51％、CO体积百分比为4.75％、CO2体积百分比为14.24％、O2体积百分比为0.5％；空气相对湿度为
Figure BDA0002406612640000081
为70％，大气温度Tatm为20℃，查文献中表2可知分子湿度ψ约为0.02；根据文献中例2.1的计算过程，有：
Figure BDA0002406612640000082
对比例2
采用对比例1的方法计算实施例2中催化裂解装置的再生器烟风比，可以得到：
Figure BDA0002406612640000083
对比例1-2的计算过程未考虑生产过程中催化剂循环量、碳氢比及待生催化剂含水量等参数的变化，难以提供准确可靠的烟风比数值，只能用于估算。而本公开的技术方案(如实施例1-2)巧妙的根据氮元素守恒规避了这些参数变化带来的烟风比数值的不准确性，从而提供了一种更加简捷且准确地计算烟风比的方法，该方法可以用于对烟气轮机机组的准确标定以及烟气流量的准确测量，提高了烟风比计算结果的准确性，为烟气轮机机组监测提供可靠的烟风比参数，对于催化裂化装置及其类似工艺装置也具备较高的通用性以及较高的测量精度，而且该方案所需参数少且容易获取，计算简便。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种测量催化裂化装置烟风比的方法，其特征在于，该方法包括：
S1：测量干烟气中的N2体积百分比VN干N2、CO体积百分比VN干CO、CO2体积百分比VN干CO2和O2体积百分比VN干O2，并根据式A计算干烟气的平均分子量MN干；
MN干＝28VN干N2+28VN干CO+44VN干CO2+32VN干O2    式A
S2：测量并得到湿烟气中水蒸汽与干烟气的质量含量之比W水烟比，并根据式B计算湿烟气中氮气的体积百分比为V湿N2，根据式C计算烟风比；
Figure FDA0004079153490000011
Figure FDA0004079153490000012
其中，Patm为测量环境的大气压力，
Figure FDA0004079153490000013
为测量环境的空气相对湿度，Psa为所述大气压力Patm下水蒸汽的饱和蒸汽压；
由烟气湿度测量装置(1)分别测量所述湿烟气中水蒸汽的质量含量与所述湿烟气中干烟气的质量含量，并计算得到W水烟比；所述干烟气由所述湿烟气经所述烟气湿度测量装置(1)脱除水蒸汽后得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S1中所述的VN干N2、VN干CO、VN干CO2和VN干O2分别由干烟气组分测量装置(2)测量得到。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述干烟气组分测量装置(2)设置在所述催化裂化装置的再生器烟气出口。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤S1中所述测量的方法为色谱法和吸收法中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烟气湿度测量装置(1)设置在所述催化裂化装置的再生器烟气出口。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S2中所述测量的方法为重量法、冷凝法和干湿球法中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：获取Patm、
Figure FDA0004079153490000021
和环境温度Tatm，并根据Tatm、Patm和
Figure FDA0004079153490000022
得到Psa。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述获取包括通过气象局实时数据或者通过测量得出。
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