讲炼油工业生产过程控制

4催化重整生产过程控制

主要内容：

4.1原料预处理控制4.2重整反应器控制4.3重整反应器的先进控制4.1

原料预处理控制原料预处理过程通常包括预分馏、预脱砷、预加氢三个部分。原料预处理的目的是得到馏分范围和杂质含量都合乎要求的重整原料。催化重整装置原料预处理流程图预分馏塔塔顶压力控制控制方案：装置预分馏塔采取压力分程控制方案该方案优点：塔压操作比较平稳。减少轻组分的损失。预分馏塔塔顶压力控制图4.2

重整反应器控制一般重整反应器由三至四个反应器串联

由于重整反应是强吸热反应，故反应器之间有加热炉将反应油料加热到所需的反应温度。

催化重整反应部分流程图1-加热炉；2-重整反应器；3-后加氢反应器；4-高压分离器；5-循环氢压缩器；6-稳定塔；Ⅰ-重整原料油；Ⅱ-剩余氢；Ⅲ-循环氢；Ⅳ-燃料气Ⅴ-液态烃；Ⅵ-重整生成油；Ⅶ-预加氢氢气除前述典型流程外，国内的固定床半再生式重整装置多采用麦格纳重整流程（Magnaforming）,也称分段混氢流程。4.2重整反应器控制重整装置加热炉控制主要控制指标：加热炉出口温度常规控制方案：重整装置加热炉通常采用出口温度和燃料的串级控制方案。改进方案：图中提出一种改进方案，方案中增设了燃料气压力的安全值与温度控制器输出值的高选择控制改进方案效果：可在异常工况下保证加热炉在安全范围内工作。重整加热炉控制图

装置高压分离器及分馏塔控制高压分离器控制方案：采用分离器液位和抽出量的串级均匀控制。高压分离器投用串级均匀控制的目的：防止高低压设备串压，发生事故保证稳定塔入塔流量波动不要太大稳定塔控制方案：采用提馏控制方案，控制顶回流和塔底温度。二者均采用单回路定值控制。分离器及稳定塔控制图

例1、国内连续催化重整先进控制的一个例子。4.3

重整反应器的先进控制连续重整装置工艺流程及多变量控制示意图

采用多变量预测控制软件SMCA可实现的目标：生产工况波动情况下，将重整产品辛烷值严格控制在设定值上；在满足辛烷值要求和生产操作约束的情况下，尽可能提高装置的处理量；降低操作压力，提高产品收率；控制氢/油摩尔比，减少催化剂结焦和压缩机能耗。

4.3

重整反应器的先进控制连续重整装置多变量先进控制系统结构示意图

4.3

重整反应器的先进控制该先进控制系统主要先进控制策略包括：重整产品辛烷值控制反应器苛刻度控制反应器压力控制氢/油摩尔比控制催化剂结焦控制4.3

重整反应器的先进控制4.3

重整反应器的先进控制(1)重整产品辛烷值控制辛烷值控制基于UOP专利模型，利用实时采集工艺过程数据和取样分析数值估计当前辛烷值RON。

RON=f(TWAIT，V，P，ANA)其中TWAIT—反应器入口加权平均温度

P—反应器压力

ANA—原料中环烷烃和芳烃含量

V—根据进料体积流量和催化剂体积计算得到的液相空速4.3

重整反应器的先进控制利用辛烷值模型来预测为保持辛烷值在目标值上的加权平均入口温度设定值TWAITS

TWAITS=g(RONC，P，TWABT，V，ANA)其中RONC—目标辛烷值

TWABT—反应器加权平均床层温度

三个反应器的入口温度的设定值控制在理想的加权平均入口温度上，即可实现辛烷值目标控制。4.3

重整反应器的先进控制⑵反应器苛刻度控制该控制的目的是通过控制反应温度来控制反应的苛刻度，即控制以下对象在设定值上：①TWAIT加权平均入口温度②反应器R1/R2的温差③反应器R2/R3的温差TWAIT目标值是由辛烷值控制策略来设定的，反应器温差由工艺人员设定。4.3

重整反应器的先进控制⑶反应器压力控制在保证压缩机入口压力足够高且不影响控制系统其他性能的前提下，可以缓慢的将反应器压力调到较低的设定值。4.3

重整反应器的先进控制⑷氢/油摩尔比控制随着进料流量和循环气中氢气纯度的变化，维持氢/油摩尔比能为反应器提供足够的氢气，以尽量减少催化剂的结焦。⑸催化剂结焦控制建立重整装置催化剂结焦模型，用于预测与结焦控制相对应的氢/油摩尔比的设定值，以保证装置稳定操作。先进控制投用效果有效提高了产品辛烷值的控制准确度，减小了产品辛烷值的波动范围，见下表；可靠且平稳的降低了重整反应压力，取得了提高液体收率和减少动力效果的双重效果；降低了反应氢/油摩尔比，较好的降低了产品冷却器的负荷，并减少了能量消耗；提高了反应器入口温度的平稳性和控制效果。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现场目标辛烷值均为944.3

重整反应器的先进控制该装置采用固定床、半再生式的两段混氢工艺。该先进控制系统的控制目标：提高产品的质量和收率、降低装置的消耗。例2、国内半再生催化重整先进控制的一个例子。先进控制系统控制策略该控制方案设计了反应苛刻度、加权反应平均入口温度（WAIT）、蒸发塔、稳定塔等四个控制器。WAIT控制器控制四个反应器的综合反应深度，而WAIT值作为苛刻度控制器的一个操作变量，成为控制辛烷值的最主要手段。苛刻度控制系统在投用过程中对辛烷值采用定值控制，能在平稳操作的基础上，实现重整处理量最大化控制。先进控制投用效果原料预处理部分精制油产率升高，进入反应部分进行反应的理想组分的量增加；当控制目标辛烷值一定时，反应压力降低，目的产品重整汽油收率增加，辛烷值的标准偏差缩小了52.1%，效果显著；氢油比略有下降，且控制比较平稳，在循环压缩机运行和加热炉运行方面也取得了明显的经济效益。5

延迟焦化生产过程控制

主要内容：

5.1延迟焦化装置的工艺特点5.2焦化炉控制5.3塔顶急冷温度控制5.4焦炭塔切换扰动前馈控制5.5延迟焦化装置的先进控制

5.1

延迟焦化装置的工艺特点延迟焦化的原料：贫氢的重质油料。延迟焦化的产品：焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油和石油焦。典型延迟焦化工艺流程图延迟焦化装置的工艺特点⑴“延迟”特点为了防止油料在加热炉管内结焦，需向炉管内注水或蒸汽，以加大管内流速，使焦化反应主要在焦炭塔内进行，延迟焦化也由此得名。⑵“连续-间歇生产”的特点延迟焦化装置整个生产过程是连续的，而焦化塔是间歇式操作的。即当一个塔内的焦炭聚结到一定高度时，用四通阀进行切换，将加热炉出来的原料切换至另一塔内进行反应，已充满焦的塔则进行除焦。5.2焦化炉控制主要控制目标：严格控制加热炉出口温度对加热炉管内的油品流速进行调节延迟焦化加热炉控制图

5.2焦化炉控制主要控制方案：油料流量控制：焦化加热炉进料一般分为几个支路，每个支路的流量均采取单回路定值控制。注水（汽）控制：支路上各注水（汽）点采取单回路定值控制。加热炉出口温度控制：加热炉每条支路的炉出口温度作为被控变量，支路燃料流量（压力）为副变量而构成的炉出口温度与燃料流量（压力）串级控制。其他控制：部分加热炉还包括加热炉炉膛压力控制和加热炉氧含量控制，二者通常采用单回路定值控制方案。5.3塔顶急冷温度控制控制目标：控制焦炭塔塔顶逸出反应油气的温度，以减少分馏塔底和加热炉管的结焦控制方案：由于焦炭塔是轮流使用的，故选用高选器，将两焦炭塔塔顶温度进行比较，择其高者作为被控变量，并选取急冷油流量作为副变量，从而构成的塔顶出口温度与急冷油流量的选择--串级控制。焦炭塔顶急冷温度控制与焦炭塔切换扰动前馈控制示意图5.4焦炭塔切换扰动前馈控制实施前馈控制的原因：延迟焦化生产中焦炭塔频繁地进行切换操作，分馏塔塔底气相进料的流量和温度发生较大的变化，引起分馏塔底的温度的剧烈变化。实施前馈控制的目标：切换事件发生后维持分馏塔以及其后的加热炉的稳定操作前馈控制方案：采用焦炭塔塔顶温度与塔底温度及其变化率等测量信息来确定切换事件，设计规则触发的前馈控制器。5.5延迟焦化装置的先进控制⑴延迟焦化装置的先进控制策略延迟焦化装置先进控制的目标：提高处理量和液体收率；提高产品质量；节能和提高装置经济效益。以下仅对部分大公司延迟焦化装置的先进控制策略进行简要的介绍：ABB公司Simcon先进应用服务公司的APC控制器AspenTech公司的DMCplus控制器Honeywell公司的基于鲁棒多变量预测控制技术（RMPCT）的利润控制器5.5延迟焦化装置的先进控制5.5延迟焦化装置的先进控制ABB公司Simcon先进应用服务公司的APC控制器该控制策略组合了焦化模型、推断控制和多变量模型预估控制(MVPC)三个部分。焦化模型用于在线预估生焦情况和焦炭塔空高；推断控制使用神经网络模型来预测产品质量；多变量模型预估控制处理约束和解耦控制，并结合前馈控制克服焦炭塔切换、暖塔等操作带来的扰动。5.5延迟焦化装置的先进控制AspenTech公司的DMCplus控制器该控制器的先进控制策略：对包括焦化炉、焦炭塔、主分馏塔和气分部分的整个装置进行控制，在满足装置约束的条件下，实现进料速率最大化；使用AspenIQ推理传感器软件包建立产品质量模型，在焦炭塔预热、切换等事件发生时对装置进行调节，从而实现平稳操作，保证产品质量。Honeywell公司的基于鲁棒多变量预测控制技术（RMPCT）的利润控制器该控制器的控制策略包括：炭塔切换事件检测及前馈控制；进料最大化与焦炭塔空高控制；产品质量计算；中间调节控制，如支路平衡，非线性液位等。5.5延迟焦化装置的先进控制⑵延迟焦化装置中的软测量技术由于延迟焦化装置一些重要的指标不能在线进行测量，如焦炭塔空高、装置液体收率等，因此需要建立软测量模型以实施先进控制。

5.5延迟焦化装置的先进控制①焦炭塔空高的计算焦炭塔空高的准确估计是实现延迟焦化装置处理量最大化的前提。在部分延迟焦化装置焦炭塔没有料位计的情况下，在线焦炭塔生焦速率可由下式关联:

CokeRate=f(Hmax,Outage1,AccFeed,Trcoe,Area,Filter,Feed)其中CokeRate—当前时刻的在线焦炭塔生焦速率；

Hmax—焦炭塔有效高度；Outage1—上一个生产周期结束后测得的焦炭塔空高；

AccFeed—上一个生产周期内装置的总进料量；

Trcoe—换算系数；Area—焦炭塔的有效面积；Feed—当前时刻测得的进料流率；Filter—用户指定的滤波常数，校正本生产周期的原料生焦速率；5.5延迟焦化装置的先进控制5.5延迟焦化装置的先进控制由于延迟焦化装置具有各焦炭塔是间歇生产，而主分馏塔是连续生产的特点。所以焦炭塔的每个生产周期开始时，许多变量都需要重置，此时：

本周期生产持续时间AccTime=0；

本周期生产累计进料量AccFeed=0；

预测空高初值Outage=Hmax；

正常生产时，可根据递推方式计算当前时刻的空高。而在有现场有中子料位计的情况下，则可利用料位计测量值更新空高预测值，并根据上周期结束后测得的空高和本周期各料位计的测量值来预测本周期原料生焦率。5.5延迟焦化装置的先进控制②液体收率的计算延迟焦化的主要生产目的是提高炼油厂的轻质油收率，因此在考虑操作条件是应尽量提高液体产品收率而降低焦炭产率。影响液体产率的因素除了原料性质外，主要还包括焦炭塔温度、焦炭塔压力和装置循环比，可用下式表示：

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

其中y(k)—液体产品收率；

x1(k)—焦化炉出口温度，℃；

x2(k)—焦炭塔顶压力，kPa；

x3(k)—循环比；

x4(k)—进料量,t/h；

N(k)—原料性质。5.5延迟焦化装置的先进控制（3）应用实例KoaOil公司的2号延迟焦化装置包括一个加热炉、两个焦炭塔、主分馏塔和气体分馏部分。该装置采用Honeywell公司基于RMPCT技术的先进控制方案5.5延迟焦化装置的先进控制实施先进控制的目标：在焦炭塔最小空高限制和装置其他操作约束的前提下使装置的处理量达到最大；调整高含硫量进料和低含硫量进料的混合比率使装置操作满足焦炭最大含硫量的限制；在焦炭塔预热、切换等操作期间控制与提高产品质量、稳定主分馏塔和气分装置的操作。5.5延迟焦化装置的先进控制该方案主要控制策略有以下几个方面：①装置进料最大化策略该策略采用了装置生焦计算程序结合商用模型预测控制（MPC）的方法。②分馏塔平稳操作策略切换事件发生时，控制器结合焦炭塔扰动事件模型对分馏塔进行相应调整，从而保证产品质量，稳定分馏塔的操作。最大进料策略示意图5.5延迟焦化装置的先进控制③产品收益最大化策略

该策略建立了产品收益利润函数，其中包含装置各反应产物的产率，并对装置各操作变量和被控变量进行评价从而得到不同的加权系数，最终在产品质量约束和装置工艺约束下实现不同的优化目标，见下表。序号目标说明12345经济效益最高液收率最高（石脑油+轻瓦斯油+重瓦斯油）轻馏分油收率最高（石脑油+轻瓦斯油）石脑油收率最高轻瓦斯油收率最高对所有产品产率按出厂价格加权对括号内产品产率的加权系数为1，其余为0对括号内产品产率的加权系数为1，其余为0石脑油产率的加权系数为1，其余为0轻瓦斯油产率的加权系数为1，其余为05.5延迟焦化装置的先进控制先进控制投用效果:在满足工艺和装置其他操作约束的前提下使装置处理量增加了2.5%；实现了装置的平稳操作；有效保证了产品质量。该装置各产品质量指标实验采样值与计算估计值的比较

6.1油品调合工艺6.2油品调合控制6油品调合

本章主要内容：

6.1油品调合工艺

油品调合就是将两种或两种以上的油品和添加剂或掺合剂，按照一定的适当比例进行掺合，使调合产品达到某一石油产品的规格要求。油品调合的作用在于：使油品全面达到产品质量标准的要求，并保持产品质量的稳定性；改善油品使用性能，提高产品质量等级，增加经济效益；合理使用各种组分，提高产品收率和产量。6.1油品调合工艺炼油厂目前常用的调合可分两大类：油罐调合和管道调合。油罐调合可分为泵循环喷嘴油罐调合和机械搅拌调合两种。管道调合是将各个组分和添加剂按预定比例同时送入总管上的管道混合器（常用的是静态混合器）进行均匀调合的方法。目前炼油厂普遍采用的是管道调合。6.1油品调合工艺管道调合具有以下优点：运转周期长，处理量大，操作人员少，有效提高生产效率；管道调合易于实现仪表自动化控制，可以实现在线优化控制，调合比精确，组分合理利用，调合一次合格率高；可取消调合罐，减少组分油储罐，且成品油可以随用随调；全部过程密闭操作，减少油品氧化蒸发，降低损耗。