連續(xù)重整/芳烴裝置先進(jìn)控制策略及應(yīng)用

摘 要:先進(jìn)控制技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油石化企業(yè)中，有效提高了裝置的自動化水平。Honeywell公司的RMPCT模型預(yù)測技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的先進(jìn)控制技術(shù)之一。本文從連續(xù)重整/芳烴裝置的工藝特點(diǎn)出發(fā)，論述了采用魯棒性多變量模型預(yù)測控制技術(shù)(RMPCT)在連續(xù)重整/芳烴裝置中的控制方案的設(shè)計、策略及應(yīng)用。

關(guān)健詞:連續(xù)重整芳烴裝置 先進(jìn)控制 多變量控制 模型預(yù)估控制

中圖分類號:G71文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0094-02

先進(jìn)控制技術(shù)是隨著自動化技術(shù)、控制理論、計算機(jī)技術(shù)以及通訊技術(shù)的快速發(fā)展和不斷完善的技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛成功地應(yīng)用于煉油化工生產(chǎn)過程，取得了顯著的應(yīng)用效果。它較好地解決了煉油化工過程中時變、非線性、耦合、干擾等常規(guī)PID難于控制的問題。

RMPCT(魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù))是目前應(yīng)用最為廣泛的先進(jìn)控制技術(shù)，它是美國Honeywell公司開發(fā)的第二代先進(jìn)控制技術(shù)，以此技術(shù)形成的商業(yè)化軟件在國外石油化工企業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。RMPCT是一種魯棒性、多變量、預(yù)估控制技術(shù)，與常規(guī)PID控制相比，可在線調(diào)整控制品質(zhì)，進(jìn)行約束極限控制。根據(jù)得到的過程模型，對被控變量進(jìn)行預(yù)測，然后按照某種優(yōu)化控制算法計算出輸出值，最終實(shí)現(xiàn)前饋優(yōu)化控制。

連續(xù)重整/芳烴裝置，在石化產(chǎn)業(yè)中起到重要作用，該聯(lián)合裝置涉及到復(fù)雜的工藝過程，反應(yīng)過程復(fù)雜，過程變量多，變量間耦合嚴(yán)重，因此，采用RMPCT可有效的降低裝置波動、提高高附加值產(chǎn)品、挖潛增效。

1 連續(xù)重整裝置工藝概述

以某煉廠連續(xù)重整裝置為例。典型的重整裝置由以下幾部分組成:原料預(yù)處理、催化重整反應(yīng)、催化劑再生單元、穩(wěn)定分離單元、芳烴抽提及公用工程。

該裝置是以寬餾分石腦油為原料，采用法國IFP第二代連續(xù)重整專利技術(shù)，以生產(chǎn)高辛烷值的重整油及富產(chǎn)氫氣，重整生成油可供生產(chǎn)芳烴和作汽油調(diào)合組分。由于重整反應(yīng)壓力低，溫度高，加速了催化劑的結(jié)焦，要求對催化劑進(jìn)行連續(xù)再生，保持催化劑高活性，以適應(yīng)重整高苛刻度操作。

原料經(jīng)過預(yù)加氫處理后進(jìn)入重整反應(yīng)單元。重整反應(yīng)器為疊式反應(yīng)器，每個反應(yīng)器均設(shè)有加熱爐。重整反應(yīng)的反應(yīng)生成物經(jīng)重整產(chǎn)物分離罐 將反應(yīng)的生成油和大量的氫氣分離。反應(yīng)生產(chǎn)由與歧化汽提塔頂輕組分、異構(gòu)化脫甲烷塔頂輕組分等一起進(jìn)入脫戊烷塔進(jìn)行分離，塔頂戊烷及C3以下餾分經(jīng)換熱進(jìn)入脫丁烷塔。脫丁烷塔頂產(chǎn)物為液化氣，塔底產(chǎn)品為戊烷油。脫戊烷塔底物在與重整油塔底物換熱后送至重整油塔，塔頂分離出的C6～C7餾分被送至芳烴抽提裝置，進(jìn)一步講芳烴與非芳烴分開，塔底C8以上餾分作為芳烴分餾單元的原料。

芳烴抽提及C+8分離裝置屬于連續(xù)重整聯(lián)合裝置。其原料連續(xù)重整裝置來的脫戊烷塔頂和塔底油，主要產(chǎn)品為苯、甲苯、混合二甲苯、鄰二甲苯、石油液化氣、戊烷和重芳烴。

原料分離部分的目的是獲得合適的抽提及C+8分離進(jìn)料。抽提單元的目的是采用環(huán)丁砜溶劑與抽提進(jìn)料混合通過液液抽提和抽提蒸餾工藝分離成芳烴和非芳烴產(chǎn)品。苯、甲苯分離(精餾)部分的目的是將抽提得到的混合芳烴分離成符合規(guī)格的苯和甲苯。而C+8分離部分的目的是通過兩段精餾的方法，從C+8餾分的多種異構(gòu)體中分離出高純度的鄰二甲苯和混二甲苯。

2 控制策略

先進(jìn)控制就是利用MPC(模型預(yù)測控制)技術(shù)減少關(guān)鍵裝置操作波動，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作及卡邊操作。先進(jìn)控制的控制目標(biāo)包括以下幾個方面。

(1)在保證質(zhì)量的前提下初餾塔10%點(diǎn)溫度(或初餾點(diǎn))以增加重整進(jìn)料。

(2)滿足產(chǎn)品對辛烷值的要求，在控制符合條件下盡量提高液收提高產(chǎn)氫量。

(3)合理地分配加熱爐的負(fù)荷；及時跟蹤生產(chǎn)變化，優(yōu)化產(chǎn)品的RON。

(4)保證穩(wěn)定塔產(chǎn)品質(zhì)量合格，最大程度地提高穩(wěn)定塔底液收產(chǎn)率。

(5)在保證質(zhì)量的前提下，盡量降低塔頂鄰二甲苯含量。

該先進(jìn)控制項(xiàng)目，設(shè)計了四個RMPCT控制器，分別控制裝置的預(yù)分餾部分、反應(yīng)部分和抽提部分。控制器采用階躍試驗(yàn)和辨識獲得的過程動態(tài)模型(矩陣)，實(shí)現(xiàn)對裝置各部分的預(yù)測功能。

這四個控制器分別為:預(yù)分餾控制器、反應(yīng)控制器、穩(wěn)定控制器二甲苯控制器，控制器之間的關(guān)聯(lián)通過工藝計算與干擾變量完成。

先進(jìn)控制器的結(jié)構(gòu)及其被控變量、操作變量和干擾變量如表1。

其中，控制器采用階躍試驗(yàn)和模型辨識獲得的過程動態(tài)模型(矩陣)，實(shí)現(xiàn)對裝置各部分的預(yù)測功能。

對于一些不能實(shí)時測量的變量如產(chǎn)品性質(zhì)是控制的重要參數(shù)，可通過在線工藝計算的方法，利用機(jī)理或者關(guān)聯(lián)回歸的方法計算得到。

主要的工藝計算如下:預(yù)分餾塔底產(chǎn)品10%點(diǎn)、反應(yīng)產(chǎn)物RON、碳5以上收率、氫純度、催化劑含碳、穩(wěn)定塔底產(chǎn)品餾程10%溫度。

4 應(yīng)用效果分析

連續(xù)重整先進(jìn)控制的投用，改善了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量控制情況，主要體現(xiàn)在平穩(wěn)重整進(jìn)料、重整生成油等產(chǎn)品的性質(zhì)和主要工藝參數(shù)的波動。

預(yù)分餾先進(jìn)控制器通過對回流和再沸溫度的調(diào)節(jié)，使預(yù)分餾塔在保證質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)塔底10%點(diǎn)溫度的卡邊控制，增加了重整進(jìn)料，并滿足了汽提塔回流量及回流量及回流罐液位的工藝要求。

反應(yīng)先進(jìn)控制器的使用，達(dá)到合理分配加熱爐負(fù)荷的要求，及時跟蹤生產(chǎn)變化，優(yōu)化了產(chǎn)品的辛烷值。此控制器增加了辛烷值定值優(yōu)化功能，使辛烷值在滿足要求的范圍內(nèi)，盡量接近定值102.5。通過調(diào)節(jié)4個反應(yīng)器入口溫度，平衡了4個加熱爐的熱負(fù)荷，使每個加熱爐的出口溫度分布滿足設(shè)定范圍。

穩(wěn)定塔先進(jìn)控制器中，通過調(diào)節(jié)全塔溫度時優(yōu)先調(diào)節(jié)再沸溫度，增大了塔底10%點(diǎn)溫度的誤差權(quán)重，重點(diǎn)控制塔底餾程指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)重整生成油質(zhì)量的卡邊控制。

二甲苯塔先進(jìn)控制器對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行卡邊控制，降低了二甲苯塔塔頂鄰二甲苯的含量，實(shí)現(xiàn)了高價值產(chǎn)品的回收。在調(diào)節(jié)手段中，也是優(yōu)先調(diào)節(jié)再沸率，并且增大了塔溫度的調(diào)節(jié)力度。對于鄰二甲苯塔頂溫度還做了相應(yīng)的壓力補(bǔ)償。

圖1，2以混二甲苯中鄰二甲苯含量和領(lǐng)敏感溫度的變化示例投用前后波動的相對大小。

通過表2、表3可知，在投用先進(jìn)控制以后，變量波動標(biāo)準(zhǔn)偏差降低很多，投用先進(jìn)控制器裝置運(yùn)行更加平穩(wěn)；芳烴的收率有明顯提高。上述數(shù)據(jù)中，可得出投用先進(jìn)控制取得了一定的效果，有效的降低了裝置波動、提高了收率。

5 結(jié)語

連續(xù)重整裝置先進(jìn)控制的投用，有效改善了裝置操作的平穩(wěn)程度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊操作，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。重整裝置實(shí)行先進(jìn)控制，能有效提高裝置生產(chǎn)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]俞金壽，劉愛倫，張克進(jìn).軟測量技術(shù)及其在石油化工中的應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:41～54，

[2]周洪波，武迎建.先進(jìn)控制技術(shù)在重整_芳烴裝置的應(yīng)用.煉油技術(shù)與化工2007，06.

[3]房偉，邱建章，等.RMPCT技術(shù)在連續(xù)連續(xù)重整裝置上的應(yīng)用[J].計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2011(7).

[4]林世雄.石油煉制工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002.