優化控制系統在青島石化重整裝置的工業應用及效果分析

任麗萍，張海峰

(中國石化青島石油化工有限責任公司，山東 青島 266043)

優化控制系統在青島石化重整裝置的工業應用及效果分析

任麗萍，張海峰

(中國石化青島石油化工有限責任公司，山東 青島 266043)

在重整裝置上采用的優化控制系統總體運行安全、平穩、無異常情況，均可以確保工藝約束條件在設定的范圍內運行。在滿足工藝生產要求的前提下，通過優化4個反應器入口溫度，挖掘裝置潛力，優化裝置操作，可以實現辛烷值收率最大化和裝置的經濟效益最大化：C5+穩定汽油辛烷值收率優化期較空白期可以提高0.65百分點；經濟效益優化期較空白期提高了近19.63元/t。

優化 重整 辛烷值收率 效益

中國石化青島石油化工有限責任公司(簡稱青島石化)250 kt/a固定床半再生催化重整裝置由中國石化洛陽石油化工工程公司設計，2003年9月建成投產，2009年7月裝置進行了擴能改造。該裝置由預加氫單元和重整單元構成，采用加工原料為常減壓裝置提供的石腦油、加氫焦化汽油[1]。主要產品為高辛烷值汽油調合組分，并副產氫氣、液化氣、輕石腦油等。

由青島石化和北京優化佳控制技術有限公司共同實施的催化重整裝置實時優化控制系統項目于2013年7月正式啟動，經過一年多時間的實施，于2014年7月正式投用，實時優化控制系統能夠根據當前的加工原料和裝置的運行工況，通過實時調節裝置反應部分的相關優化變量，在滿足相關工藝約束條件的前提下，實現對優化方案的控制；在滿足工藝生產要求的前提下，挖掘裝置潛力，優化裝置操作，可以實現裝置的經濟效益最大化和辛烷值收率最大化。

1 優化控制系統

1.1 優化內容

青島石化重整實時優化控制系統主要任務為通過實時在線調整相關優化變量達到生產既定的優化目標，提高目標產品收率及裝置經濟效益，同時降低操作人員的勞動強度。所選取的優化變量為重整第一至第四反應器入口溫度；約束條件為重整車間根據工藝情況給定的4個反應器入口溫度的上下限，辛烷值上下限；在控制器的輸出上下限范圍內進行優化調節[2]。

1.2 優化方案

以催化重整裝置總經濟效益最大化為目標的優化控制方案、以催化重整裝置C5+穩定汽油辛烷值收率(辛烷值與液體收率的乘積)最大化為目標的優化控制方案。

1.3 優化控制系統結構

優化系統的軟件安裝在優化控制計算機內，該計算機通過與OPC Server的數據通訊連接，實時讀取現場的生產數據，根據優化變量和目標函數之間的相互積分進行優化計算，然后把計算結果傳輸到相關PID控制器的設定值上面，在優化變量的PID控制器的控制模式是串級即外給定時，優化系統開始工作。

1.4 催化重整裝置在線優化系統

1.4.1 優化系統目標函數 以催化重整裝置C5+穩定汽油辛烷值收率最大化為目標；以催化重整裝置經濟效益最大化為目標。

1.4.2 優化系統變量 以重整第一至第四反應器溫度作為在線優化變量。

1.4.3 約束條件 為了使優化控制能在裝置的正常工作范圍內進行，需要對優化變量的上下限進行約束。這些約束條件可以由操作員依據當時的裝置情況進行在線設置。

1.4.4 實時收率計算 該系統自動連續滾動計算12 h的氫氣收率、干氣收率、液化氣收率、C5收率、C5+穩定汽油收率、C7+重餾分汽油收率、苯液收、非芳烴液收等實時收率，并根據在線拉曼分析系統實時提供的數據，計算出C5+穩定汽油RON收率、C7+重餾分汽油收率、經濟效益等重要參數，頻次為每分鐘計算一次，并在操作界面上實時顯示。

2 催化重整實時優化控制系統運行及標定

2.1 辛烷值收率方案標定

2014年10月14日優化系統開始投用，優化方案為C5+穩定汽油辛烷值收率最大化，采用在線拉曼分析儀測定C5+穩定汽油RON，裝置在穩定汽油RON為93的低苛刻度反應條件下生產。

為了更好地完成優化前后的效果對比，優化時段選取14日至18日的低苛刻度生產工況，共計96 h；空白時期選取10月10日之前96 h相同的生產工況。

2.1.1 優化變量控制過程 優化控制系統投運前后，重整第一至第四反應器溫度的設定值變化如圖1所示。

圖1 投用前后8天優化變量變化趨勢

由圖1可以看出，優化控制系統根據原料組成、反應條件的變化自動調整重整4個反應器的入口溫度，各反應器入口溫度變化非常明顯，不再是按照傳統的遞增或者相同的反應溫度進行操作，而是通過對4個反應溫度實時調整達到優化目標。

優化控制系統投運前后4天時間，重整反應器的反應溫度如表1所示。

表1 優化前后的重整反應器進料溫度平均值 ℃

由表1可以發現：優化投用后4個反應器的入口溫度平均值較投用前發生了一定變化，第二反應器溫度有所上升，提高0.28 ℃，說明其中烷烴脫氫環化和C5環烷異構脫氫反應需要比優化前更高的反應溫度才能最大限度地轉化為芳烴；第四反應器溫度有所下降，降低0.51 ℃，說明其中最難進行的脫氫環化反應和環烷異構脫氫反應在較優化前稍低的溫度下就能達到理想轉化率，同時還可以減少加氫裂化和結焦等副反應發生；而第一反應器、第三反應器無明顯變化。

2.1.2 辛烷值收率方案標定 選取優化控制系統投運前4天時間段為空白期，優化控制系統投運后4天時間段為優化期，優化前后原料和產品流量對比如表2所示。

表2 空白期與優化期收率對比結果

由表2可以看出：從目標函數辛烷值收率的對比來看，優化后較優化前提高0.65百分點，優化效果明顯；從產品分布來看，作為重要產品的C5+穩定汽油收率提高了0.73百分點，而副產品液化氣、非芳烴及苯收率都有所下降。

青島石化催化重整在線優化系統于2014年10月14日正式投用，至11月20日，經過1個多月時間的長周期觀察后，總體運行安全、平穩、無異常情況，沒有對車間正常生產造成不利影響。優化控制系統在確保各工藝約束條件的基礎上，根據選定的優化目標“C5+穩定汽油辛烷值收率最大化”，對催化重整4個反應器入口溫度進行連續的優化調整。

2.2 經濟效益方案標定

2015年7月10日優化系統投用，期間裝置生產方案為高苛刻度工況(RON為97)，優化方案選擇總經濟效益方案，拉曼分析儀測點為C7+重餾分汽油。

為了進行優化前后的效果對比，優化時段選取10日至12日高苛刻度穩定生產時段，共計48 h；空白時期選取8日至10日的高苛刻度穩定生產時段。

2.2.1 優化變量控制過程 優化控制系統投運前后，重整第一至第四反應器溫度的設定值變化如圖2所示。

圖2 投用前后兩天優化變量變化趨勢

從圖2可以看出，優化控制系統根據原料組成、反應條件的變化自動調整4段反應溫度，通過對4段反應溫度實時調整達到優化目標。

表3 優化前后的重整反應器進料溫度平均值 ℃

從表3可以看出，優化投用后4個反應器的入口溫度平均值也發生了一定變化，第一反應器溫度降低1.12 ℃，第二反應器溫度降低0.71 ℃，而第三反應器、第四反應器溫度卻有所提高，分別提高了1.28 ℃和1.36 ℃。

2.2.2 經濟效益方案標定 選取優化控制系統投運前2天時間段為空白期，優化控制系統投運后2天時間段為優化期，優化前后原料和產品流量對比如表4所示。從表4可以看出：優化系統投用后，隨著反應溫度的不斷優化調整，液化氣收率下降，而C5+穩定汽油產品收率上升，同期C7+重餾分收率也上升，在其辛烷值無較大變化的情況下，C7+重餾分RON辛烷值收率上升；目標函數即總經濟效益經歷一定的波動后，較投用前有明顯的提高，優化期總經濟效益較空白期提升19.63元/t。

表4 空白期與優化期收率對比結果

3 結 論

(1) 綜合2014年10月催化重整優化系統投用以來的運行情況，無論是在辛烷值收率方案期間還是經濟效益方案期間，優化系統總體運行安全、平穩、無異常情況，均可以確保工藝約束條件在設定的范圍內運行。

(2) 2014年10月辛烷值收率方案標定分析結果表明，C5+穩定汽油辛烷值收率優化期較空白期可以提高0.65百分點。

(3) 2015年7月經濟效益方案標定分析結果表明，經濟效益優化期較空白期提高了近19.63元/t，說明采用該優化系統可以提高重整裝置的經濟效益。

[1] 張大慶.半再生重整技術的現狀及發展[J].石油煉制與化工，2007，38(12)：11-15

[2] 孫來周.優化重整操作 挖掘重整潛力[J].石化技術，2005，12(4)：18-22

APPLICATION OF OPTIMAL CONTROL SYSTEM IN CATALYTIC REFORMING UNIT OF QINGDAO PETROCHEMICALS AND EFFECT ANALYSIS

Ren Liping，Zhang Haifeng

(QingdaoPetrochemicalCo.Ltd.，Qingdao，Shandong，266043)

The optimal control system developed by Beijing optimipro control technology Co. Ltd. was used in reforming unit of Qingdao Petrochemicals. The operation of the control system was safe，stable and no abnormal situations. The use of this software ensured that the process constraint conditions were set within the scope of operation. By optimizing the inlet temperatures of four reactors，the octane number yield (the product of multiplying liquid yield by RON) and the economic benefit can be maximized. The octane yield of C5+stabilized gasoline enhances 0.65 percentage point higher than the blank reference and the economic benefit increases nearly ￥19.63/t.

optimization；reforming；octane number yield；benefit

2016-02-22。

任麗萍，大學本科，助理工程師，主要從事石油煉制技術管理工作。

張海峰，E-mail：zhf.qdsh@sinopec.com。