与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法技术方案

本公开揭示了一种与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法，包括：提取催化反应器参数及各组分理化性质，根据物料平衡、热量平衡及催化剂失活动力学获取反应器进出口温度、系统运行时间与催化剂活性的关系；提取能量回收系统中冷、热流股的始温、终温、流量和组成，计算其吸收和放出的热量，记为热负荷，并绘制冷、热复合曲线；计算不同催化剂活性对应的反应器温度，结合温焓图获取温度变化时系统公用工程用量及单位时间能耗变化情况；基于进、出口温度、时间、公用工程用量、单位时间能耗及单位产品成本随催化剂活性的变化曲线构建温度

【技术实现步骤摘要】
与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法


[0001]本公开属于热集成
，具体涉及一种与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法。

技术介绍

[0002]目前，常规的催化反应器和能量回收系统的集成优化是基于通过温焓图对换热网络的复合曲线以及对表示反应器的温度
‑
能量直线的相对位置进行分析以确定反应器的合理设置。由于该方法未考虑反应动力学、催化剂失活动力学及反应器热量平衡，以及由于无法综合考虑反应器的各参数、系统能耗及催化活性，因此不能对能量回收系统进行优化。与此同时，关于实际工业生产中催化剂再生周期的优化与研究主要借助实验和模拟的方法进行，研究周期较长，需要复杂的准备工作和后续处理，且实验受实验环境影响较大，无法实现对催化剂再生周期的快速、精准优化。
[0003]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法，该方法能够清晰、直观的集成催化反应器和能量回收系统，能够展示系统能耗和关键参数与催化剂活性间的关系，能够确定最低单位产品平均生产成本和相应的催化剂活性、反应器进出口温度等关键参数，从而实现更佳的节能环保。
[0005]为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0006]一种与能量回收系统耦合的反应器的催化剂再生周期确定方法，包括如下步骤：
[0007]S100：获取催化反应器的出口温度与催化剂活性的关系；获取催化反应器的进口温度与出口温度的关系；获取催化反应器的进口温度与催化剂活性的关系；获取能量回收系统的运行时间与催化剂活性的关系；
[0008]S200：获取能量回收系统中每条冷流股的热容流率以及每条冷流股吸收的热量；获取能量回收系统中每条热流股的热容流率以及每条热流股放出的热量；将所有热流股合并获得源复合曲线，将所有冷流股合并获得阱复合曲线，将所述源复合曲线和阱复合曲线表示在温焓图上；
[0009]S300：根据所述催化反应器的进口温度和催化剂活性间的关系计算不同催化剂活性所对应的催化反应器的进口温度；根据所述催化反应器的出口温度和催化剂活性间的关系计算不同催化剂活性所对应的催化反应器的出口温度；基于所述源复合曲线和阱复合曲线，获取催化反应器的进口温度和出口温度变化时能量回收系统所需加热公用工程需求量和冷却公用工程需求量，以及获取能量回收系统单位时间能耗；
[0010]S400：根据加热公用工程需求量、冷却公用工程需求量、催化剂再生费用和催化剂购买费用，计算单位产品平均生产成本与催化剂活性间的关系；基于催化反应器的进口温
度、出口温度、加热公用工程用量、冷却公用工程用量、能量回收系统单位时间能耗以及单位产品平均生产成本随催化剂活性的变化曲线构建温度
‑
时间
‑
公用工程需求量
‑
能耗
‑
成本
‑
催化剂活性图，以获取达到最小单位产品平均成本时的催化剂活性，即最优催化剂再生活性；根据温度
‑
时间
‑
公用工程需求量
‑
能耗
‑
成本
‑
催化剂活性图中的能量回收系统的运行时间与催化剂活性的关系所绘制的运行时间
‑
催化剂活性曲线获取最优催化剂再生活性所对应的能量回收系统的运行时间，即催化剂最佳再生周期。
[0011]优选的，步骤S100中，所述催化反应器的出口温度与催化剂活性的关系表示为：
[0012][0013]其中，A
i
为反应组分；A1为关键组分；T2为催化反应器的出口温度；E为反应活化能；F
A1
为关键组分A1的流量；0为催化反应器的入口；X为转化率；为催化剂活性；k0为指前因子；W为催化剂装填量；c为组分A
i
的浓度；α
ｉ
为组分A
i
的反应级数；n为组分种类数；v
i
为组分A
i
的化学计量系数；R为通用气体常数。
[0014]优选的，步骤S100中，所述催化反应器的进口温度与出口温度的关系表示为：
[0015][0016]其中，T1为催化反应器的进口温度；T2为催化反应器的出口温度；Q
R
为催化反应器的热负荷；T
R
为参考温度；为参考温度下该催化反应的反应热；v
i
为组分A
i
的化学计量系数；为催化反应器入口处A
i
的流量；F
Ai
为组分A
i
在反应器出口处的流量；F
A1
为关键组分A1的流量；X为转化率；Cp
Ai
为组分A
i
的定压比热容。
[0017]优选的，步骤S100中，所述催化反应器的进口温度与催化剂活性的关系表示为：
[0018][0019]其中，T1为催化反应器的进口温度；T2为催化反应器的出口温度；Q
R
为催化反应器的热负荷；T
R
为参考温度；为参考温度下该催化反应的反应热；v
i
表示组分A
i
的化学计量系数；为催化反应器入口处A
i
的流量；F
Ai
为组分A
i
在反应器出口处的流量；X为转化率；Cp
Ai
为组分A
i
的定压比热容；E为反应活化能；F
A1
为关键组分A1的流量；0表示催化反应器的入口；为催化剂活性；k0为指前因子；W为催化剂装填量；c为组分A
i
的浓度；α
ｉ
为组分A
i
的反应级数；n为组分种类数；R为通用气体常数。
[0020]优选的，步骤S100中，所述能量回收系统的运行时间与催化剂活性的关系表示为：
[0021][0022]其中，t为系统运行时间；为催化剂活性；k
d0
为催化剂失活速率指前因子；E
d
为失活活化能；T2为催化反应器的出口温度；d为失活反应级数。
[0023]优选的，步骤S200中，每条冷流股吸收的热量通过下式计算：
[0024]ΔQ＝CP(T
终温
‑
T
始温
)
[0025]且
[0026][0027]其中，ΔQ为冷流股吸收的热量；T
终温
为冷流股的终止温度；T
始温
为冷流股的初始温度；CP为冷流股的热容流率；为冷流股中组分A
i
的流量；Cp
Ai
为组分A
i
的定压比热容；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
的流量；X为转化率；Cp
Ai
为组分A
i
的定压比热容。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S100中，所述催化反应器的进口温度与催化剂活性的关系表示为：其中，T1为催化反应器的进口温度；T2为催化反应器的出口温度；Q
R
为催化反应器的热负荷；T
R
为参考温度；为参考温度下该催化反应的反应热；v
i
表示组分A
i
的化学计量系数；为催化反应器入口处A
i
的流量；F
Ai
为组分A
i
在反应器出口处的流量；X为转化率；Cp
Ai
为组分A
i
的定压比热容；E为反应活化能；F
A1
为关键组分A1的流量；0表示催化反应器的入口；为催化剂活性；k0为指前因子；W为催化剂装填量；c为组分A
i
的浓度；α
ｉ
为组分A
i
的反应级数；n为组分种类数；R为通用气体常数。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S100中，所述能量回收系统的运行时间与催化剂活性的关系表示为：其中，t为系统运行时间；为催化剂活性；k
d0
为催化剂失活速率指前因子；E
d
为失活活化能；T2为催化反应器的出口温度；d为失活反应级数。6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S200中，每条冷流股吸收的热量通过下式计算：ΔQ＝CP(T
终温
‑
T
始温
)且其中，ΔQ为冷流股吸收的热量；T
终温
为冷流股的终止温度；T
始温
为冷流股的初始温度；CP为冷流股的热容流率；为冷流股中组分A
i
的流量；C
pAi
为组分A
i
的定压比热容。7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S200中，每条热流股放出的热量通过下式计算：ΔQ
′
＝CP
′
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽文，刘桂莲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：