連續重整/芳烴裝置先進控制策略及應用

摘 要:先進控制技術目前已經廣泛應用于石油石化企業中，有效提高了裝置的自動化水平。Honeywell公司的RMPCT模型預測技術是目前應用最廣泛的先進控制技術之一。本文從連續重整/芳烴裝置的工藝特點出發，論述了采用魯棒性多變量模型預測控制技術(RMPCT)在連續重整/芳烴裝置中的控制方案的設計、策略及應用。

關健詞:連續重整芳烴裝置 先進控制 多變量控制 模型預估控制

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

先進控制技術是隨著自動化技術、控制理論、計算機技術以及通訊技術的快速發展和不斷完善的技術，目前已經廣泛成功地應用于煉油化工生產過程，取得了顯著的應用效果。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PID難于控制的問題。

RMPCT(魯棒多變量預估控制技術)是目前應用最為廣泛的先進控制技術，它是美國Honeywell公司開發的第二代先進控制技術，以此技術形成的商業化軟件在國外石油化工企業中獲得了廣泛應用。RMPCT是一種魯棒性、多變量、預估控制技術，與常規PID控制相比，可在線調整控制品質，進行約束極限控制。根據得到的過程模型，對被控變量進行預測，然后按照某種優化控制算法計算出輸出值，最終實現前饋優化控制。

連續重整/芳烴裝置，在石化產業中起到重要作用，該聯合裝置涉及到復雜的工藝過程，反應過程復雜，過程變量多，變量間耦合嚴重，因此，采用RMPCT可有效的降低裝置波動、提高高附加值產品、挖潛增效。

1 連續重整裝置工藝概述

以某煉廠連續重整裝置為例。典型的重整裝置由以下幾部分組成:原料預處理、催化重整反應、催化劑再生單元、穩定分離單元、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第二代連續重整專利技術，以生產高辛烷值的重整油及富產氫氣，重整生成油可供生產芳烴和作汽油調合組分。由于重整反應壓力低，溫度高，加速了催化劑的結焦，要求對催化劑進行連續再生，保持催化劑高活性，以適應重整高苛刻度操作。

原料經過預加氫處理后進入重整反應單元。重整反應器為疊式反應器，每個反應器均設有加熱爐。重整反應的反應生成物經重整產物分離罐 將反應的生成油和大量的氫氣分離。反應生產由與歧化汽提塔頂輕組分、異構化脫甲烷塔頂輕組分等一起進入脫戊烷塔進行分離，塔頂戊烷及C3以下餾分經換熱進入脫丁烷塔。脫丁烷塔頂產物為液化氣，塔底產品為戊烷油。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分離裝置屬于連續重整聯合裝置。其原料連續重整裝置來的脫戊烷塔頂和塔底油，主要產品為苯、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分離進料。抽提單元的目的是采用環丁砜溶劑與抽提進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

先進控制就是利用MPC(模型預測控制)技術減少關鍵裝置操作波動，以實現平穩操作及卡邊操作。先進控制的控制目標包括以下幾個方面。

(1)在保證質量的前提下初餾塔10%點溫度(或初餾點)以增加重整進料。

(2)滿足產品對辛烷值的要求，在控制符合條件下盡量提高液收提高產氫量。

(3)合理地分配加熱爐的負荷；及時跟蹤生產變化，優化產品的RON。

(4)保證穩定塔產品質量合格，最大程度地提高穩定塔底液收產率。

(5)在保證質量的前提下，盡量降低塔頂鄰二甲苯含量。

該先進控制項目，設計了四個RMPCT控制器，分別控制裝置的預分餾部分、反應部分和抽提部分。控制器采用階躍試驗和辨識獲得的過程動態模型(矩陣)，實現對裝置各部分的預測功能。

這四個控制器分別為:預分餾控制器、反應控制器、穩定控制器二甲苯控制器，控制器之間的關聯通過工藝計算與干擾變量完成。

先進控制器的結構及其被控變量、操作變量和干擾變量如表1。

其中，控制器采用階躍試驗和模型辨識獲得的過程動態模型(矩陣)，實現對裝置各部分的預測功能。

對于一些不能實時測量的變量如產品性質是控制的重要參數，可通過在線工藝計算的方法，利用機理或者關聯回歸的方法計算得到。

主要的工藝計算如下:預分餾塔底產品10%點、反應產物RON、碳5以上收率、氫純度、催化劑含碳、穩定塔底產品餾程10%溫度。

4 應用效果分析

連續重整先進控制的投用，改善了裝置的產品質量控制情況，主要體現在平穩重整進料、重整生成油等產品的性質和主要工藝參數的波動。

預分餾先進控制器通過對回流和再沸溫度的調節，使預分餾塔在保證質量的前提下實現塔底10%點溫度的卡邊控制，增加了重整進料，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。

反應先進控制器的使用，達到合理分配加熱爐負荷的要求，及時跟蹤生產變化，優化了產品的辛烷值。此控制器增加了辛烷值定值優化功能，使辛烷值在滿足要求的范圍內，盡量接近定值102.5。通過調節4個反應器入口溫度，平衡了4個加熱爐的熱負荷，使每個加熱爐的出口溫度分布滿足設定范圍。

穩定塔先進控制器中，通過調節全塔溫度時優先調節再沸溫度，增大了塔底10%點溫度的誤差權重，重點控制塔底餾程指標，實現重整生成油質量的卡邊控制。

二甲苯塔先進控制器對產品質量進行卡邊控制，降低了二甲苯塔塔頂鄰二甲苯的含量，實現了高價值產品的回收。在調節手段中，也是優先調節再沸率，并且增大了塔溫度的調節力度。對于鄰二甲苯塔頂溫度還做了相應的壓力補償。

圖1，2以混二甲苯中鄰二甲苯含量和領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，在投用先進控制以后，變量波動標準偏差降低很多，投用先進控制器裝置運行更加平穩；芳烴的收率有明顯提高。上述數據中，可得出投用先進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 結語

連續重整裝置先進控制的投用，有效改善了裝置操作的平穩程度，實現產品質量的卡邊操作，降低操作人員的勞動強度。重整裝置實行先進控制，能有效提高裝置生產水平。

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