Математична модель процесу каталітичного риформінгу з безперервною регенерацією

Abstract

Мета. Розробка комплексної математичної моделі процесу каталітичного риформінгу з безперервною регенерацією каталізатора (CCR), придатної для інтеграції в системи предиктивного управління реального часу. Дослідження спрямоване на вирішення задачі створення обчислювально ефективної моделі, яка точно відображає складні взаємозв’язки між кінетикою реакцій, динамікою дезактивації каталізатора та процесами регенерації при збереженні швидкості розрахунків, сумісної з вимогами систем модельно-предиктивного управління (MPC). Методика. Застосовано методи системного аналізу для ієрархічної декомпозиції технологічного об’єкта на взаємопов’язані підсистеми: реакторний блок, контур циркуляції каталізатора та блок регенерації. Математичне моделювання хімічної кінетики виконано на основі схеми агрегації (лампінгу) компонентів з об’єднанням складних вуглеводневих сумішей у представницькі псевдокомпоненти. Кінетичні параметри ідентифіковано методом нелінійної регресії за 147 експериментальними точками, зібраними з літературних джерел щодо промислових установок CCR. Для верифікації моделі та оцінки невизначеності застосовано статистичний аналіз: аналіз залишків, крос-валідацію та аналіз чутливості. Результати. Розроблено комплексну математичну модель реакторного блоку CCR, що включає кінетичну модель з 8 псевдокомпонентів (парафіни, нафтени, ароматичні вуглеводні різної молекулярної маси та легкі гази) та 10 реакційних шляхів: дегідрування, ізомеризація, дегідроциклізація та гідрокрекінг. Модель дезактивації каталізатора враховує кінетику коксоутворення та розподіл активності вздовж реакторної секції. Середня абсолютна похибка прогнозування октанового числа склала 0,48 пункти (R2 = 0,967), виходу рідкого продукту – 0,31 % мас. (R2 = 0,958). Час розрахунку типового горизонту прогнозування MPC становить 2,1 секунди. Наукова новизна. Вперше запропоновано інтегровану модель CCR-риформінгу, що поєднує кінетику реакцій, динаміку дезактивації, градієнт активності каталізатора по реакторах та ефективність регенерації, оптимізовану для задач предиктивного управління з гарантованою обчислювальною продуктивністю. Практична значимість. Розроблена модель може бути впроваджена в промислові системи MPC на установках каталітичного риформінгу для оптимізації режимних параметрів, контролю якості продукції та управління каталізаторним господарством.