专利名称：催化裂化装置裂化反应深度的实时优化控制方法
技术领域：
本发明涉及石油催化裂化装置裂化反应深度在线实时优化控制方法，属于生产过程控制与优化领域。
现有技术均利用稳态数学模型， 预测(计算)反应产物中各产品严率，对以产率为基础的优化目标进行寻优，以改变反应温度为主要调优手段；如我国的BDL模型(石油化工研究院，大庆石油学院，兰州炼油化工总厂)，十三集总模型(洛阳石化工程公司)；国外有Profimatic Inc·的FCC-ONONPT，SETPIONTInc·的RTOPT，Maxprofit的MPFCC，DMC Corp·的[DMO]等。
现有技术不足之处是基于稳态模型的计算必须等待生产过程稳定后才能进行，使寻优周期较长，一般为2-8小时，难于适应经常处于动态变化的生产过程；模型计算所需原料性质化验分析数据和催化剂的活性数据，也难于实时测量得到；优化目标常常是提高1％左右的产率，由于计算所用实测的过程变量和模型的精度有限，难于实现准确的寻优；采用反应温度为调优手段，由于反应深度除温度外还受很多其他因素影响，维持寻优给出的反应温度，并不能保持优化的裂化反应深度，难于适应生产和现场环境的变化。因此，这些方法对于离线优化可以起到一定作用，但很少见到实时应用成功的实例。
本发明的目的是，在已有技术申请号90108193.0(CN1060490A)，申请号95101183.9的基础上给出一种不需要原料性质和催化剂活性数据，不要求测量仪表绝对准确，寻优周期可缩短至10分钟，可适应动态变化的实时优化控制方法。
达到上述目的所采用的技术方案如下催化裂化装置裂化反应深度的实时优化控制方法a)根据进料流量，进料温度，反应温度，催化剂温度和循环量，计算出单位进料在反应过程中所需热量(反应热)代表反应深度，以目标产率或经济效益最高为优化目标，调整反应热实现优化控制；b)实测主分馏塔顶油气分离罐出口富气流量，粗汽油流量，柴油出装置流量，外排油浆流量；其特征在于，c)用上述各流量在线计算反应产物中各种产物产率时，对实测变量加入动态积蓄量补偿；c1)对于液体产品，计及汽提塔液位，油气分离罐液位和主分馏塔内积蓄量变化对上述实测流量进行修正；c2)对于气体产品计及塔器及油气分离罐中气体积蓄量变化对上述实测气体流量进行修正；c3)用实测分馏塔的温度、压力、流量(包括塔的内回流)确定主分馏塔馏出油品的实际沸点范围(干点和初馏点)，按油品的标准沸点范围对产物的流量进行修正；c4)计及原料流量到上述实测流量的时间滞后按上述修正后的流量计算产物的产率；d)用相邻两周期内产率的平均值增减(变化方向)和反应深度的变化方向判断下一周期调优方向，考虑产率对反应深度响应的纯滞后时间和动态关系，用每个周期开始时产率的变化速率对周期末的产率进行修正。
本发明是涉及以下三方面的问题一、优化目标的实时确定本发明的特点是以实测的分馏塔馏出的气体，液态烃(富气)，汽油，柴油，外排油浆为依据，利用分馏塔，冷换设备，容器和再生器的动态数学模型，在线计算反应产物(主分馏塔入口处)中相应产品的产率，作为确定优化目标(目标产品产率最高或经济效益最高)的基础，避免用稳态模型预测产率带来的一系列问题(需原料性质和催化剂活性数据，模型精度不够等)。
本发明在线计算反应产物中各种产物产率时，具有以下特点1、对实测变量加入动态积蓄是补偿，对液体产品包括主分馏塔及油气分离罐底液位变化引起积蓄量变化，一般可按以下微分方程式计算AdH/dt=Q1L-Q2L]]>或按下述时间离散化方程计算Q1L(k)=[H(k+1)-H(k)]A/TS+Q2L(k)]]>其中H-液位A-容器截面积t-时间Q1L-流入容器的流量(通常是待计算的)Q2L-流出容器的流量(通常是可测的)TS-计算周期对于气体产品考虑塔器中气体积蓄量的变化，用以下微分方程式计算Cvdp/dt=Q1v-Q2v]]>或按下述时间离散化方程计算Q1v(k)=[P(k+1)-P(k)]Cv/TS=Q2v.(k)]]>其中Cv-塔器气容量；P-塔器的气压力；Q1v，Q2v-分别为流入、出塔器的流量2、油品沸点范围的修正用实测温度、压力、流量(包括塔的内回流)确定分馏塔馏出油品的实际沸点范围(干点和初馏点)，按油品的标准沸点范围对产物的流量进行修正，采用下述方法(见95101183.9)Qs=Q1[1+Ki(Ti-Tis)+ke(Tes-Te)]]]>Tis，Tes-分别为油品的标准初馏点和干点Ti，Te-分别为油品的实际初馏点和干点Q1-修正前的流量Qs-修正后的流量3、引入原料到上述实测流量的时间滞后，按下式计算产率Yi＝Qsi/Qo(t-τi)其中Yi为第i个产物的产率Qo为原料油流量QSi为经补偿和修正后的第i个产物的流量τi为第i个流量对原料的时间滞后二、动态自寻优方法，其特点在于1、用相邻两周期内产率的平均值增减(变化方向)和反应深度的变化方向判断下一周期调优方向，不要求测量仪表绝对正确。
2、引入动态修正和时间滞后，判断产率变化时，考虑产率对反应深度响应的纯滞后时间和动态关系，用每个周期开始时产率的变化速率对周期末的产率进行修正，方法如下Yic(K)=Yi(K)+β[Yi(k-n+1)-Yi(k-n)]]]>Yic(K)-动态修正后的产率Yi(K)-修正前周期末时刻的产率Yi(k-n)-周期开始时的产率Yi(k-n+1)-周期开始后一个计算周期的产率β-修正系数3、自行停止与自动启动随时测定产率和连续调优次数，当产率变化不大，或连续调优次数达到规定数值时，寻优自行停止，保持稳定运行。
随时测定产率、反应深度和回炼比当原料性质(含回炼比)、产率或反应深度变化过大时，寻优停止；平稳后，经定时器控制，在一定时间自行启动寻优。
4、不超约束预报反应深度、反应温度、反应压力、再生温度、再生氧含量、回炼油罐液位和塔底液位、气压机和主风机负荷(主风流量)的变化，当其将超限时，反应深度只能朝不超限方向调整。
5、具有保护措施当测点有故障，产率计算不合理或有矛盾时，寻优可自动停止，并显示错误信息。
三、寻优结果的执行，其特点在于1、用在线计算的反应热衡量和控制反应深度(已有专利申请90108193.0)。
2、以改变反应热为主要的调优手段，具有上下限保护。
3、调整反应热时，要使反应温度、预热温度、再生滑阀开度和压降不超限。
4、具有保护措施当上述反应热计算和反应深度控制系统出现故障时，寻优可自动断开。
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是催化裂化装置部分示意图；图2是本发明用DCS(分布式计算机系统)实现的裂化反应深度实时优化控制方法实施例；图3是反应产物产率计算观测器计算产物产率的框图；图4是反应深度实时优化器的调优框图；图1是催化裂化装置部分示意图，原料油11经管道12输入提升管反应器13，催化剂14加热至700℃经管道15输入提升管反应器13，反应产物经沉降器16和管道17输入主分馏塔18，主分馏塔18顶油气分离罐19的富气出口20和粗汽油出口21，汽提塔22的柴油出口23，24为外排油浆口。25为回流管道。再生器和气压机在图1中未示出，其工作原理有关石油催化裂化技术领域中的教科书都有论述。该示意图只是为了更好理解本发明实时优化控制方法而作简单说明。
本发明可在具有生产过程控制用计算机的催化裂化装置上实现；可在DCS(分布式计算机系统)上实现，也可在DCS的上位计算机上实现，图2是在DCS上的实施例，包括以下内容(1)数据采集与处理(2)常规控制器与调节阀和滑阀(3)反应热在线计算观测器(以上为已有技术，用虚框表示)(4)反应深度多变量协调预估控制器(5)反应产物产率计算观测器(6)反应深度实时优化器(7)设定器(以上为本发明有关技术，用实框表示)(4)反应深度多变量协调预估控制器本控制器利用已有的用反应热衡量反应深度实现反应深度控制的技术；申请号90108193.0，公开号1060490A，本发明的特点(a)在控制反应热的同时，兼顾反应温度不波动过大，不超限，为此对反应温度设有浮动上下限，浮动上下限的中心值为投用反应热控制进的反应温度或由操作员设定。按反应热与反应温度的加权偏差，通过模型预估控制算法调整常规反应温度控制器的给定进行控制。
加权偏差E＝qEt+(1-q)EhEt为反应温度与浮动限中心值的偏差Eh为反应热与其给定值的偏差当|Et|＜δ1q＝0(只对反应热进行控制)δ1LB≤|Et|≤100％LBq＝(|Et|-δ1LB)/(1-δ1)LB(协调)|Et|＞100％LBq＝1(只对反应温度进行控制)(b)若条件允许，当Et不为零时，可调整原料预热温度，中止剂流量或再生催化剂温度，使反应温度与浮动中心限的偏差较小。
(c)采用多周期控制对反应热的控制周期为T1；对反应温度的控制周期为T2对预热温度的控制周期为T3。
一般选择T1＜T2＜T3。
(d)滑阀压降，阀位，反应压力等变量不超约束(5)反应产物产率计算观测器本观测器由实测主分馏塔出口富气、汽油、柴油、外排油浆(澄清油)流量用下述方法计算反应产物中相应产物产率；由实测再生器温度，主风流量；催化剂藏量和烟气氧含量计算焦碳产率。见图3。
动态补偿(a)油气分离罐，汽提塔和主分馏塔底液位变化对流量的修正；(b)主分馏塔内积蓄量变化的修正(利用已有石油产品馏程在线计算观测器提供的分馏塔各段内回流流量进行补偿)(c)压力变化引起的气体积蓄量变化的补偿(d)由再生器氧含量和动态数学模型计算烧(产)焦量石油产品沸点范围修正(a)汽油的标准沸程按30-205℃计算；若实际运行时在线计算的干点Gep，则汽油和柴油(分别为+，-)修正量为ΔFg＝ag(205-Gep)ag为可调修正系数
(b)实测油气分离罐压力Pg、温度Tg对汽油和富气(分别为(+，-)进行修正，修正量为Fw＝awt(z-Tg)-awp(Pg-Pg0)Pg0为额定压力(c)由在线计算柴油90％点(D90)对柴油进行修正Fd＝ad(D900-D90)D90为标准柴油90％点时间滞后补偿由模型和实测数据计算富气、汽油、柴油、焦碳、外排油浆(澄清油)对原料油流量变化的纯滞后时间，计算产率时加以修正。
(6)反应深度实时优化器与(7)设定器本优化器根据设定的优化目标，产率计算结果和反应热在线计算观测值，每隔一定时间(称为寻优周期)调整反应深度(热)给定一次，作为调优手段。其步骤如下见图4产率计算结果检验(a)工况与计算的产率值的波动幅度不能超出合理的设定值；(b)产率变化速度不超出设定值；(c)(汽油+柴油+富气+焦炭+外排)产率与100％的偏差小于设定值；(d)(汽油+柴油+富气)产率与(100％-外排-焦炭)的偏差小于设定值。
不满足上述条件时，给出产率计算不合格信号寻优计算(a)当产率计算合格时，由产率计算优化目标值；(b)比较两个寻优周期的目标变化(ΔJ)和反应热变化(ΔH)，按以下逻辑确定调优方向若二者变化方向相同，则增加反应深度；若二者变化方向不相同，则减小反应深度。
当ΔJ和ΔH大于设定值时，才认为有变化；当ΔJ和ΔH小、于设定值时，认为无变化，停止调优；(c)在ΔJ的计算中加入动态补偿，即计算每个寻优周期开始时目标的变化速率R1。加入-rR1的修正值，其中r为可调参数。
约束处理用模型预估反应温度、反应压力、再生温度、再生烟气氧含量、气压机负荷、回炼油罐液位等是否超限。若超限，调优方向只能朝解除约束方向调整。
寻优起停判断(a)当目标变化小于设定值或寻优周期数达到设定值，停止寻优。
(b)当回炼比(掺渣比)变化大于设定值，或产率和反应热计算结果不合格时，停止寻优；一旦回炼比(掺渣比)不变化，或计算值恢复正常，或反应热无变化而产率变化较大时，经过两个寻优周期后可自行起动寻优。
(c)停止寻优达到的时间后，自行起动寻优。
(d)设有人工操作开关，可随时起动或停止寻优。
(e)第一次投用实时寻优系统后，自行起动寻优。
权利要求
1.催化裂化装置裂化反应深度的实时优化控制方法a)根据进料流量，进料温度，反应温度，催化剂温度和循环量，计算出单位进料在反应过程中所需热量(反应热)代表反应深度，以目标产率或经济效益最高为优化目标，调整反应热实现优化控制；b)实测主分馏塔顶油气分离罐出口富气流量，粗汽油流量，柴油出装置流量，外排油浆流量；其特征在于，c)用上述各流量在线计算反应产物中各种产物产率时，对实测变量加入动态积蓄量补偿；c1)对于液体产品，计及汽提塔液位，油气分离罐液位和主分馏塔内积蓄量变化对上述实测流量进行修正；c2)对于气体产品计及塔器及油气分离罐中气体积蓄量变化对上述实测气体流量进行修正；c3)用实测分馏塔的温度、压力、流量(包括塔的内回流)确定主分馏塔馏出油品的实际沸点范围(干点和初馏点)，按油品的标准沸点范围对产物的流量进行修正；c4)计及原料流量到上述实测流量的时间滞后按上述修正后的流量计算产物的产率；d)用相邻两周期内产率的平均值增减(变化方向)和反应深度的变化方向判断下一周期调优方向，考虑产率对反应深度响应的纯滞后时间和动态关系，用每个周期开始时产率的变化速率对周期末的产率进行修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当产率变化不大于规定值时，寻优自行停止，保持稳定运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当连续调优次数达到规定数值时，寻优自行停止，保持稳定运行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当回炼比、产率或反应深度变化大于规定值时，暂停寻优，平稳后自行启动寻优。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测点有故障，产率计算不合理，寻优自动停止，并显示错误信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，寻优停止后，经定时器控制，在一定时间后自行启动寻优。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当再生温度、氧含量、主风量、反应压力、回炼油罐液位、主分馏塔底液位、分馏塔和气压机负荷超限，调整反应热给定值，使其解除约束。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整反应热给定值，实现寻优，并使反应温度，原料预热温度，再生滑阀(26)开度和压降不超限。
全文摘要
本发明涉及石油催化裂化装置裂化反应深度的在线实时优化控制方法，属于生产过程控制与优化领域。本发明对实测变量加入动态积蓄量补偿，对液体产品计及汽提塔液位，油气分离罐液位和主分馏塔内积蓄量变化对实测流量进行修正；对于气体产品计及塔器及油气分离罐中气体积蓄量变化对上述实测气体流量进行修正；并计及原料流量与上述实测流量的时间滞后对产物产率的影响，用每个周期开始时的产率的变化速率对周期末的产率进行修正。
文档编号C10G11/00GK1167808SQ9710014
公开日1997年12月17日 申请日期1997年1月9日 优先权日1997年1月9日
发明者袁璞, 孙德祥, 左信, 黄文伟, 林洪泉 申请人:中国石化茂名石油化工公司, 石油大学(北京)