講煉油工業(yè)生產(chǎn)過程控制

4催化重整生產(chǎn)過程控制

主要內(nèi)容：

4.1原料預(yù)處理控制4.2重整反應(yīng)器控制4.3重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制4.1

原料預(yù)處理控制原料預(yù)處理過程通常包括預(yù)分餾、預(yù)脫砷、預(yù)加氫三個部分。原料預(yù)處理的目的是得到餾分范圍和雜質(zhì)含量都合乎要求的重整原料。催化重整裝置原料預(yù)處理流程圖預(yù)分餾塔塔頂壓力控制控制方案：裝置預(yù)分餾塔采取壓力分程控制方案該方案優(yōu)點(diǎn)：塔壓操作比較平穩(wěn)。減少輕組分的損失。預(yù)分餾塔塔頂壓力控制圖4.2

重整反應(yīng)器控制一般重整反應(yīng)器由三至四個反應(yīng)器串聯(lián)

由于重整反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，故反應(yīng)器之間有加熱爐將反應(yīng)油料加熱到所需的反應(yīng)溫度。

催化重整反應(yīng)部分流程圖1-加熱爐；2-重整反應(yīng)器；3-后加氫反應(yīng)器；4-高壓分離器；5-循環(huán)氫壓縮器；6-穩(wěn)定塔；Ⅰ-重整原料油；Ⅱ-剩余氫；Ⅲ-循環(huán)氫；Ⅳ-燃料氣Ⅴ-液態(tài)烴；Ⅵ-重整生成油；Ⅶ-預(yù)加氫氫氣除前述典型流程外，國內(nèi)的固定床半再生式重整裝置多采用麥格納重整流程（Magnaforming）,也稱分段混氫流程。4.2重整反應(yīng)器控制重整裝置加熱爐控制主要控制指標(biāo)：加熱爐出口溫度常規(guī)控制方案：重整裝置加熱爐通常采用出口溫度和燃料的串級控制方案。改進(jìn)方案：圖中提出一種改進(jìn)方案，方案中增設(shè)了燃料氣壓力的安全值與溫度控制器輸出值的高選擇控制改進(jìn)方案效果：可在異常工況下保證加熱爐在安全范圍內(nèi)工作。重整加熱爐控制圖

裝置高壓分離器及分餾塔控制高壓分離器控制方案：采用分離器液位和抽出量的串級均勻控制。高壓分離器投用串級均勻控制的目的：防止高低壓設(shè)備串壓，發(fā)生事故保證穩(wěn)定塔入塔流量波動不要太大穩(wěn)定塔控制方案：采用提餾控制方案，控制頂回流和塔底溫度。二者均采用單回路定值控制。分離器及穩(wěn)定塔控制圖

例1、國內(nèi)連續(xù)催化重整先進(jìn)控制的一個例子。4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制連續(xù)重整裝置工藝流程及多變量控制示意圖

采用多變量預(yù)測控制軟件SMCA可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：生產(chǎn)工況波動情況下，將重整產(chǎn)品辛烷值嚴(yán)格控制在設(shè)定值上；在滿足辛烷值要求和生產(chǎn)操作約束的情況下，盡可能提高裝置的處理量；降低操作壓力，提高產(chǎn)品收率；控制氫/油摩爾比，減少催化劑結(jié)焦和壓縮機(jī)能耗。

4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制連續(xù)重整裝置多變量先進(jìn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制該先進(jìn)控制系統(tǒng)主要先進(jìn)控制策略包括：重整產(chǎn)品辛烷值控制反應(yīng)器苛刻度控制反應(yīng)器壓力控制氫/油摩爾比控制催化劑結(jié)焦控制4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制(1)重整產(chǎn)品辛烷值控制辛烷值控制基于UOP專利模型，利用實(shí)時采集工藝過程數(shù)據(jù)和取樣分析數(shù)值估計(jì)當(dāng)前辛烷值RON。

RON=f(TWAIT，V，P，ANA)其中TWAIT—反應(yīng)器入口加權(quán)平均溫度

P—反應(yīng)器壓力

ANA—原料中環(huán)烷烴和芳烴含量

V—根據(jù)進(jìn)料體積流量和催化劑體積計(jì)算得到的液相空速4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制利用辛烷值模型來預(yù)測為保持辛烷值在目標(biāo)值上的加權(quán)平均入口溫度設(shè)定值TWAITS

TWAITS=g(RONC，P，TWABT，V，ANA)其中RONC—目標(biāo)辛烷值

TWABT—反應(yīng)器加權(quán)平均床層溫度

三個反應(yīng)器的入口溫度的設(shè)定值控制在理想的加權(quán)平均入口溫度上，即可實(shí)現(xiàn)辛烷值目標(biāo)控制。4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制⑵反應(yīng)器苛刻度控制該控制的目的是通過控制反應(yīng)溫度來控制反應(yīng)的苛刻度，即控制以下對象在設(shè)定值上：①TWAIT加權(quán)平均入口溫度②反應(yīng)器R1/R2的溫差③反應(yīng)器R2/R3的溫差TWAIT目標(biāo)值是由辛烷值控制策略來設(shè)定的，反應(yīng)器溫差由工藝人員設(shè)定。4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制⑶反應(yīng)器壓力控制在保證壓縮機(jī)入口壓力足夠高且不影響控制系統(tǒng)其他性能的前提下，可以緩慢的將反應(yīng)器壓力調(diào)到較低的設(shè)定值。4.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制⑷氫/油摩爾比控制隨著進(jìn)料流量和循環(huán)氣中氫氣純度的變化，維持氫/油摩爾比能為反應(yīng)器提供足夠的氫氣，以盡量減少催化劑的結(jié)焦。⑸催化劑結(jié)焦控制建立重整裝置催化劑結(jié)焦模型，用于預(yù)測與結(jié)焦控制相對應(yīng)的氫/油摩爾比的設(shè)定值，以保證裝置穩(wěn)定操作。先進(jìn)控制投用效果有效提高了產(chǎn)品辛烷值的控制準(zhǔn)確度，減小了產(chǎn)品辛烷值的波動范圍，見下表；可靠且平穩(wěn)的降低了重整反應(yīng)壓力，取得了提高液體收率和減少動力效果的雙重效果；降低了反應(yīng)氫/油摩爾比，較好的降低了產(chǎn)品冷卻器的負(fù)荷，并減少了能量消耗；提高了反應(yīng)器入口溫度的平穩(wěn)性和控制效果。投用前93.995.790.896.392.193.694.697.093.695.290.894.290.394.694.698.593.293.690.093.0投用后93.193693.293.893.393.991.093.093.595.092.395.693.597.194.595.093.094.293.593.9現(xiàn)場目標(biāo)辛烷值均為944.3

重整反應(yīng)器的先進(jìn)控制該裝置采用固定床、半再生式的兩段混氫工藝。該先進(jìn)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)：提高產(chǎn)品的質(zhì)量和收率、降低裝置的消耗。例2、國內(nèi)半再生催化重整先進(jìn)控制的一個例子。先進(jìn)控制系統(tǒng)控制策略該控制方案設(shè)計(jì)了反應(yīng)苛刻度、加權(quán)反應(yīng)平均入口溫度（WAIT）、蒸發(fā)塔、穩(wěn)定塔等四個控制器。WAIT控制器控制四個反應(yīng)器的綜合反應(yīng)深度，而WAIT值作為苛刻度控制器的一個操作變量，成為控制辛烷值的最主要手段。苛刻度控制系統(tǒng)在投用過程中對辛烷值采用定值控制，能在平穩(wěn)操作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)重整處理量最大化控制。先進(jìn)控制投用效果原料預(yù)處理部分精制油產(chǎn)率升高，進(jìn)入反應(yīng)部分進(jìn)行反應(yīng)的理想組分的量增加；當(dāng)控制目標(biāo)辛烷值一定時，反應(yīng)壓力降低，目的產(chǎn)品重整汽油收率增加，辛烷值的標(biāo)準(zhǔn)偏差縮小了52.1%，效果顯著；氫油比略有下降，且控制比較平穩(wěn)，在循環(huán)壓縮機(jī)運(yùn)行和加熱爐運(yùn)行方面也取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。5

延遲焦化生產(chǎn)過程控制

主要內(nèi)容：

5.1延遲焦化裝置的工藝特點(diǎn)5.2焦化爐控制5.3塔頂急冷溫度控制5.4焦炭塔切換擾動前饋控制5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制

5.1

延遲焦化裝置的工藝特點(diǎn)延遲焦化的原料：貧氫的重質(zhì)油料。延遲焦化的產(chǎn)品：焦化氣體、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油和石油焦。典型延遲焦化工藝流程圖延遲焦化裝置的工藝特點(diǎn)⑴“延遲”特點(diǎn)為了防止油料在加熱爐管內(nèi)結(jié)焦，需向爐管內(nèi)注水或蒸汽，以加大管內(nèi)流速，使焦化反應(yīng)主要在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行，延遲焦化也由此得名。⑵“連續(xù)-間歇生產(chǎn)”的特點(diǎn)延遲焦化裝置整個生產(chǎn)過程是連續(xù)的，而焦化塔是間歇式操作的。即當(dāng)一個塔內(nèi)的焦炭聚結(jié)到一定高度時，用四通閥進(jìn)行切換，將加熱爐出來的原料切換至另一塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，已充滿焦的塔則進(jìn)行除焦。5.2焦化爐控制主要控制目標(biāo)：嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度對加熱爐管內(nèi)的油品流速進(jìn)行調(diào)節(jié)延遲焦化加熱爐控制圖

5.2焦化爐控制主要控制方案：油料流量控制：焦化加熱爐進(jìn)料一般分為幾個支路，每個支路的流量均采取單回路定值控制。注水（汽）控制：支路上各注水（汽）點(diǎn)采取單回路定值控制。加熱爐出口溫度控制：加熱爐每條支路的爐出口溫度作為被控變量，支路燃料流量（壓力）為副變量而構(gòu)成的爐出口溫度與燃料流量（壓力）串級控制。其他控制：部分加熱爐還包括加熱爐爐膛壓力控制和加熱爐氧含量控制，二者通常采用單回路定值控制方案。5.3塔頂急冷溫度控制控制目標(biāo)：控制焦炭塔塔頂逸出反應(yīng)油氣的溫度，以減少分餾塔底和加熱爐管的結(jié)焦控制方案：由于焦炭塔是輪流使用的，故選用高選器，將兩焦炭塔塔頂溫度進(jìn)行比較，擇其高者作為被控變量，并選取急冷油流量作為副變量，從而構(gòu)成的塔頂出口溫度與急冷油流量的選擇--串級控制。焦炭塔頂急冷溫度控制與焦炭塔切換擾動前饋控制示意圖5.4焦炭塔切換擾動前饋控制實(shí)施前饋控制的原因：延遲焦化生產(chǎn)中焦炭塔頻繁地進(jìn)行切換操作，分餾塔塔底氣相進(jìn)料的流量和溫度發(fā)生較大的變化，引起分餾塔底的溫度的劇烈變化。實(shí)施前饋控制的目標(biāo)：切換事件發(fā)生后維持分餾塔以及其后的加熱爐的穩(wěn)定操作前饋控制方案：采用焦炭塔塔頂溫度與塔底溫度及其變化率等測量信息來確定切換事件，設(shè)計(jì)規(guī)則觸發(fā)的前饋控制器。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制⑴延遲焦化裝置的先進(jìn)控制策略延遲焦化裝置先進(jìn)控制的目標(biāo)：提高處理量和液體收率；提高產(chǎn)品質(zhì)量；節(jié)能和提高裝置經(jīng)濟(jì)效益。以下僅對部分大公司延遲焦化裝置的先進(jìn)控制策略進(jìn)行簡要的介紹：ABB公司Simcon先進(jìn)應(yīng)用服務(wù)公司的APC控制器AspenTech公司的DMCplus控制器Honeywell公司的基于魯棒多變量預(yù)測控制技術(shù)（RMPCT）的利潤控制器5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制ABB公司Simcon先進(jìn)應(yīng)用服務(wù)公司的APC控制器該控制策略組合了焦化模型、推斷控制和多變量模型預(yù)估控制(MVPC)三個部分。焦化模型用于在線預(yù)估生焦情況和焦炭塔空高；推斷控制使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量；多變量模型預(yù)估控制處理約束和解耦控制，并結(jié)合前饋控制克服焦炭塔切換、暖塔等操作帶來的擾動。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制AspenTech公司的DMCplus控制器該控制器的先進(jìn)控制策略：對包括焦化爐、焦炭塔、主分餾塔和氣分部分的整個裝置進(jìn)行控制，在滿足裝置約束的條件下，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料速率最大化；使用AspenIQ推理傳感器軟件包建立產(chǎn)品質(zhì)量模型，在焦炭塔預(yù)熱、切換等事件發(fā)生時對裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，保證產(chǎn)品質(zhì)量。Honeywell公司的基于魯棒多變量預(yù)測控制技術(shù)（RMPCT）的利潤控制器該控制器的控制策略包括：炭塔切換事件檢測及前饋控制；進(jìn)料最大化與焦炭塔空高控制；產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)算；中間調(diào)節(jié)控制，如支路平衡，非線性液位等。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制⑵延遲焦化裝置中的軟測量技術(shù)由于延遲焦化裝置一些重要的指標(biāo)不能在線進(jìn)行測量，如焦炭塔空高、裝置液體收率等，因此需要建立軟測量模型以實(shí)施先進(jìn)控制。

5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制①焦炭塔空高的計(jì)算焦炭塔空高的準(zhǔn)確估計(jì)是實(shí)現(xiàn)延遲焦化裝置處理量最大化的前提。在部分延遲焦化裝置焦炭塔沒有料位計(jì)的情況下，在線焦炭塔生焦速率可由下式關(guān)聯(lián):

CokeRate=f(Hmax,Outage1,AccFeed,Trcoe,Area,Filter,Feed)其中CokeRate—當(dāng)前時刻的在線焦炭塔生焦速率；

Hmax—焦炭塔有效高度；Outage1—上一個生產(chǎn)周期結(jié)束后測得的焦炭塔空高；

AccFeed—上一個生產(chǎn)周期內(nèi)裝置的總進(jìn)料量；

Trcoe—換算系數(shù)；Area—焦炭塔的有效面積；Feed—當(dāng)前時刻測得的進(jìn)料流率；Filter—用戶指定的濾波常數(shù)，校正本生產(chǎn)周期的原料生焦速率；5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制由于延遲焦化裝置具有各焦炭塔是間歇生產(chǎn)，而主分餾塔是連續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)。所以焦炭塔的每個生產(chǎn)周期開始時，許多變量都需要重置，此時：

本周期生產(chǎn)持續(xù)時間AccTime=0；

本周期生產(chǎn)累計(jì)進(jìn)料量AccFeed=0；

預(yù)測空高初值Outage=Hmax；

正常生產(chǎn)時，可根據(jù)遞推方式計(jì)算當(dāng)前時刻的空高。而在有現(xiàn)場有中子料位計(jì)的情況下，則可利用料位計(jì)測量值更新空高預(yù)測值，并根據(jù)上周期結(jié)束后測得的空高和本周期各料位計(jì)的測量值來預(yù)測本周期原料生焦率。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制②液體收率的計(jì)算延遲焦化的主要生產(chǎn)目的是提高煉油廠的輕質(zhì)油收率，因此在考慮操作條件是應(yīng)盡量提高液體產(chǎn)品收率而降低焦炭產(chǎn)率。影響液體產(chǎn)率的因素除了原料性質(zhì)外，主要還包括焦炭塔溫度、焦炭塔壓力和裝置循環(huán)比，可用下式表示：

y(k)=f(x1(k),x2(k),x3(k),x4(k),N(k))

其中y(k)—液體產(chǎn)品收率；

x1(k)—焦化爐出口溫度，℃；

x2(k)—焦炭塔頂壓力，kPa；

x3(k)—循環(huán)比；

x4(k)—進(jìn)料量,t/h；

N(k)—原料性質(zhì)。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制（3）應(yīng)用實(shí)例KoaOil公司的2號延遲焦化裝置包括一個加熱爐、兩個焦炭塔、主分餾塔和氣體分餾部分。該裝置采用Honeywell公司基于RMPCT技術(shù)的先進(jìn)控制方案5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制實(shí)施先進(jìn)控制的目標(biāo)：在焦炭塔最小空高限制和裝置其他操作約束的前提下使裝置的處理量達(dá)到最大；調(diào)整高含硫量進(jìn)料和低含硫量進(jìn)料的混合比率使裝置操作滿足焦炭最大含硫量的限制；在焦炭塔預(yù)熱、切換等操作期間控制與提高產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定主分餾塔和氣分裝置的操作。5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制該方案主要控制策略有以下幾個方面：①裝置進(jìn)料最大化策略該策略采用了裝置生焦計(jì)算程序結(jié)合商用模型預(yù)測控制（MPC）的方法。②分餾塔平穩(wěn)操作策略切換事件發(fā)生時，控制器結(jié)合焦炭塔擾動事件模型對分餾塔進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定分餾塔的操作。最大進(jìn)料策略示意圖5.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制③產(chǎn)品收益最大化策略

該策略建立了產(chǎn)品收益利潤函數(shù)，其中包含裝置各反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率，并對裝置各操作變量和被控變量進(jìn)行評價(jià)從而得到不同的加權(quán)系數(shù)，最終在產(chǎn)品質(zhì)量約束和裝置工藝約束下實(shí)現(xiàn)不同的優(yōu)化目標(biāo)，見下表。序號目標(biāo)說明12345經(jīng)濟(jì)效益最高液收率最高（石腦油+輕瓦斯油+重瓦斯油）輕餾分油收率最高（石腦油+輕瓦斯油）石腦油收率最高輕瓦斯油收率最高對所有產(chǎn)品產(chǎn)率按出廠價(jià)格加權(quán)對括號內(nèi)產(chǎn)品產(chǎn)率的加權(quán)系數(shù)為1，其余為0對括號內(nèi)產(chǎn)品產(chǎn)率的加權(quán)系數(shù)為1，其余為0石腦油產(chǎn)率的加權(quán)系數(shù)為1，其余為0輕瓦斯油產(chǎn)率的加權(quán)系數(shù)為1，其余為05.5延遲焦化裝置的先進(jìn)控制先進(jìn)控制投用效果:在滿足工藝和裝置其他操作約束的前提下使裝置處理量增加了2.5%；實(shí)現(xiàn)了裝置的平穩(wěn)操作；有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量。該裝置各產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)實(shí)驗(yàn)采樣值與計(jì)算估計(jì)值的比較

6.1油品調(diào)合工藝6.2油品調(diào)合控制6油品調(diào)合

本章主要內(nèi)容：

6.1油品調(diào)合工藝

油品調(diào)合就是將兩種或兩種以上的油品和添加劑或摻合劑，按照一定的適當(dāng)比例進(jìn)行摻合，使調(diào)合產(chǎn)品達(dá)到某一石油產(chǎn)品的規(guī)格要求。油品調(diào)合的作用在于：使油品全面達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，并保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；改善油品使用性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量等級，增加經(jīng)濟(jì)效益；合理使用各種組分，提高產(chǎn)品收率和產(chǎn)量。6.1油品調(diào)合工藝煉油廠目前常用的調(diào)合可分兩大類：油罐調(diào)合和管道調(diào)合。油罐調(diào)合可分為泵循環(huán)噴嘴油罐調(diào)合和機(jī)械攪拌調(diào)合兩種。管道調(diào)合是將各個組分和添加劑按預(yù)定比例同時送入總管上的管道混合器（常用的是靜態(tài)混合器）進(jìn)行均勻調(diào)合的方法。目前煉油廠普遍采用的是管道調(diào)合。6.1油品調(diào)合工藝管道調(diào)合具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，處理量大，操作人員少，有效提高生產(chǎn)效率；管道調(diào)合易于實(shí)現(xiàn)儀表自動化控制，可以實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化控制，調(diào)合比精確，組分合理利用，調(diào)合一次合格率高；可取消調(diào)合罐，減少組分油儲罐，且成品油可以隨用隨調(diào)；全部過程密閉操作，減少油品氧化蒸發(fā)，降低損耗。