先进控制技术是随着自动化技术、控制理论、计算机技术以及通讯技术的快速发展和不断完善的技术, 目前已经广泛成功地应用于炼油化工生产过程, 取得了显著的应用效果。它较好地解决了炼油化工过程中时变、非线性、耦合、干扰等常规PID难于控制的问题。
RMPCT (鲁棒多变量预估控制技术) 是目前应用最为广泛的先进控制技术, 它是美国Honeywell公司开发的第二代先进控制技术, 以此技术形成的商业化软件在国外石油化工企业中获得了广泛应用。RMPCT是一种鲁棒性、多变量、预估控制技术, 与常规PID控制相比, 可在线调整控制品质, 进行约束极限控制。根据得到的过程模型, 对被控变量进行预测, 然后按照某种优化控制算法计算出输出值, 最终实现前馈优化控制。
连续重整/芳烃装置, 在石化产业中起到重要作用, 该联合装置涉及到复杂的工艺过程, 反应过程复杂, 过程变量多, 变量间耦合严重, 因此, 采用RMPCT可有效的降低装置波动、提高高附加值产品、挖潜增效。
以某炼厂连续重整装置为例。典型的重整装置由以下几部分组成:原料预处理、催化重整反应、催化剂再生单元、稳定分离单元、芳烃抽提及公用工程。
该装置是以宽馏分石脑油为原料, 采用法国IFP第二代连续重整专利技术, 以生产高辛烷值的重整油及富产氢气, 重整生成油可供生产芳烃和作汽油调合组分。由于重整反应压力低, 温度高, 加速了催化剂的结焦, 要求对催化剂进行连续再生, 保持催化剂高活性, 以适应重整高苛刻度操作。
原料经过预加氢处理后进入重整反应单元。重整反应器为叠式反应器, 每个反应器均设有加热炉。重整反应的反应生成物经重整产物分离罐将反应的生成油和大量的氢气分离。反应生产由与歧化汽提塔顶轻组分、异构化脱甲烷塔顶轻组分等一起进入脱戊烷塔进行分离, 塔顶戊烷及C3以下馏分经换热进入脱丁烷塔。脱丁烷塔顶产物为液化气, 塔底产品为戊烷油。脱戊烷塔底物在与重整油塔底物换热后送至重整油塔, 塔顶分离出的C6～C7馏分被送至芳烃抽提装置, 进一步讲芳烃与非芳烃分开, 塔底C8以上馏分作为芳烃分馏单元的原料。
芳烃抽提及C+8分离装置属于连续重整联合装置。其原料连续重整装置来的脱戊烷塔顶和塔底油, 主要产品为苯、甲苯、混合二甲苯、邻二甲苯、石油液化气、戊烷和重芳烃。
原料分离部分的目的是获得合适的抽提及C+8分离进料。抽提单元的目的是采用环丁砜溶剂与抽提进料混合通过液液抽提和抽提蒸馏工艺分离成芳烃和非芳烃产品。苯、甲苯分离 (精馏) 部分的目的是将抽提得到的混合芳烃分离成符合规格的苯和甲苯。而C+8分离部分的目的是通过两段精馏的方法, 从C+8馏分的多种异构体中分离出高纯度的邻二甲苯和混二甲苯。
先进控制就是利用MPC (模型预测控制) 技术减少关键装置操作波动, 以实现平稳操作及卡边操作。先进控制的控制目标包括以下几个方面。
(1) 在保证质量的前提下初馏塔10%点温度 (或初馏点) 以增加重整进料。
(2) 满足产品对辛烷值的要求, 在控制符合条件下尽量提高液收提高产氢量。
(3) 合理地分配加热炉的负荷;及时跟踪生产变化, 优化产品的RON。
(4) 保证稳定塔产品质量合格, 最大程度地提高稳定塔底液收产率。
(5) 在保证质量的前提下, 尽量降低塔顶邻二甲苯含量。
该先进控制项目, 设计了四个RMPCT控制器, 分别控制装置的预分馏部分、反应部分和抽提部分。控制器采用阶跃试验和辨识获得的过程动态模型 (矩阵) , 实现对装置各部分的预测功能。
这四个控制器分别为:预分馏控制器、反应控制器、稳定控制器二甲苯控制器, 控制器之间的关联通过工艺计算与干扰变量完成。
先进控制器的结构及其被控变量、操作变量和干扰变量如表1。
其中, 控制器采用阶跃试验和模型辨识获得的过程动态模型 (矩阵) , 实现对装置各部分的预测功能。
对于一些不能实时测量的变量如产品性质是控制的重要参数, 可通过在线工艺计算的方法, 利用机理或者关联回归的方法计算得到。
主要的工艺计算如下:预分馏塔底产品10%点、反应产物RON、碳5以上收率、氢纯度、催化剂含碳、稳定塔底产品馏程10%温度。
连续重整先进控制的投用, 改善了装置的产品质量控制情况, 主要体现在平稳重整进料、重整生成油等产品的性质和主要工艺参数的波动。
预分馏先进控制器通过对回流和再沸温度的调节, 使预分馏塔在保证质量的前提下实现塔底10%点温度的卡边控制, 增加了重整进料, 并满足了汽提塔回流量及回流量及回流罐液位的工艺要求。
反应先进控制器的使用, 达到合理分配加热炉负荷的要求, 及时跟踪生产变化, 优化了产品的辛烷值。此控制器增加了辛烷值定值优化功能, 使辛烷值在满足要求的范围内, 尽量接近定值102.5。通过调节4个反应器入口温度, 平衡了4个加热炉的热负荷, 使每个加热炉的出口温度分布满足设定范围。
稳定塔先进控制器中, 通过调节全塔温度时优先调节再沸温度, 增大了塔底10%点温度的误差权重, 重点控制塔底馏程指标, 实现重整生成油质量的卡边控制。
二甲苯塔先进控制器对产品质量进行卡边控制, 降低了二甲苯塔塔顶邻二甲苯的含量, 实现了高价值产品的回收。在调节手段中, 也是优先调节再沸率, 并且增大了塔温度的调节力度。对于邻二甲苯塔顶温度还做了相应的压力补偿。
图1, 2以混二甲苯中邻二甲苯含量和领敏感温度的变化示例投用前后波动的相对大小。
通过表2、表3可知, 在投用先进控制以后, 变量波动标准偏差降低很多, 投用先进控制器装置运行更加平稳;芳烃的收率有明显提高。上述数据中, 可得出投用先进控制取得了一定的效果, 有效的降低了装置波动、提高了收率。
连续重整装置先进控制的投用, 有效改善了装置操作的平稳程度, 实现产品质量的卡边操作, 降低操作人员的劳动强度。重整装置实行先进控制, 能有效提高装置生产水平。
摘要：先进控制技术目前已经广泛应用于石油石化企业中, 有效提高了装置的自动化水平。Honeywell公司的RMPCT模型预测技术是目前应用最广泛的先进控制技术之一。本文从连续重整/芳烃装置的工艺特点出发, 论述了采用鲁棒性多变量模型预测控制技术 (RMPCT) 在连续重整/芳烃装置中的控制方案的设计、策略及应用。
关键词：连续重整芳烃装置,先进控制,多变量控制,模型预估控制
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