優(yōu)化控制系統(tǒng)在青島石化重整裝置的工業(yè)應(yīng)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(zé)任公司，山東 青島 266043)

優(yōu)化控制系統(tǒng)在青島石化重整裝置的工業(yè)應(yīng)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(zé)任公司，山東 青島 266043)

在重整裝置上采用的優(yōu)化控制系統(tǒng)總體運(yùn)行安全、平穩(wěn)、無異常情況，均可以確保工藝約束條件在設(shè)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，通過優(yōu)化4個(gè)反應(yīng)器入口溫度，挖掘裝置潛力，優(yōu)化裝置操作，可以實(shí)現(xiàn)辛烷值收率最大化和裝置的經(jīng)濟(jì)效益最大化：C5+穩(wěn)定汽油辛烷值收率優(yōu)化期較空白期可以提高0.65百分點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化期較空白期提高了近19.63元/t。

優(yōu)化 重整 辛烷值收率 效益

中國石化青島石油化工有限責(zé)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(shè)計(jì)，2003年9月建成投產(chǎn)，2009年7月裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造。該裝置由預(yù)加氫單元和重整單元構(gòu)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(chǎn)品為高辛烷值汽油調(diào)合組分，并副產(chǎn)氫氣、液化氣、輕石腦油等。

由青島石化和北京優(yōu)化佳控制技術(shù)有限公司共同實(shí)施的催化重整裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目于2013年7月正式啟動(dòng)，經(jīng)過一年多時(shí)間的實(shí)施，于2014年7月正式投用，實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前的加工原料和裝置的運(yùn)行工況，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)裝置反應(yīng)部分的相關(guān)優(yōu)化變量，在滿足相關(guān)工藝約束條件的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)化方案的控制；在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，挖掘裝置潛力，優(yōu)化裝置操作，可以實(shí)現(xiàn)裝置的經(jīng)濟(jì)效益最大化和辛烷值收率最大化。

1 優(yōu)化控制系統(tǒng)

1.1 優(yōu)化內(nèi)容

青島石化重整實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)主要任務(wù)為通過實(shí)時(shí)在線調(diào)整相關(guān)優(yōu)化變量達(dá)到生產(chǎn)既定的優(yōu)化目標(biāo)，提高目標(biāo)產(chǎn)品收率及裝置經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。所選取的優(yōu)化變量為重整第一至第四反應(yīng)器入口溫度；約束條件為重整車間根據(jù)工藝情況給定的4個(gè)反應(yīng)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(nèi)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)[2]。

1.2 優(yōu)化方案

以催化重整裝置總經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)的優(yōu)化控制方案、以催化重整裝置C5+穩(wěn)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(biāo)的優(yōu)化控制方案。

1.3 優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

優(yōu)化系統(tǒng)的軟件安裝在優(yōu)化控制計(jì)算機(jī)內(nèi)，該計(jì)算機(jī)通過與OPC Server的數(shù)據(jù)通訊連接，實(shí)時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)優(yōu)化變量和目標(biāo)函數(shù)之間的相互積分進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)较嚓P(guān)PID控制器的設(shè)定值上面，在優(yōu)化變量的PID控制器的控制模式是串級(jí)即外給定時(shí)，優(yōu)化系統(tǒng)開始工作。

1.4 催化重整裝置在線優(yōu)化系統(tǒng)

1.4.1 優(yōu)化系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù) 以催化重整裝置C5+穩(wěn)定汽油辛烷值收率最大化為目標(biāo)；以催化重整裝置經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)。

1.4.2 優(yōu)化系統(tǒng)變量 以重整第一至第四反應(yīng)器溫度作為在線優(yōu)化變量。

1.4.3 約束條件 為了使優(yōu)化控制能在裝置的正常工作范圍內(nèi)進(jìn)行，需要對(duì)優(yōu)化變量的上下限進(jìn)行約束。這些約束條件可以由操作員依據(jù)當(dāng)時(shí)的裝置情況進(jìn)行在線設(shè)置。

1.4.4 實(shí)時(shí)收率計(jì)算 該系統(tǒng)自動(dòng)連續(xù)滾動(dòng)計(jì)算12 h的氫氣收率、干氣收率、液化氣收率、C5收率、C5+穩(wěn)定汽油收率、C7+重餾分汽油收率、苯液收、非芳烴液收等實(shí)時(shí)收率，并根據(jù)在線拉曼分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出C5+穩(wěn)定汽油RON收率、C7+重餾分汽油收率、經(jīng)濟(jì)效益等重要參數(shù)，頻次為每分鐘計(jì)算一次，并在操作界面上實(shí)時(shí)顯示。

2 催化重整實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)運(yùn)行及標(biāo)定

2.1 辛烷值收率方案標(biāo)定

2014年10月14日優(yōu)化系統(tǒng)開始投用，優(yōu)化方案為C5+穩(wěn)定汽油辛烷值收率最大化，采用在線拉曼分析儀測(cè)定C5+穩(wěn)定汽油RON，裝置在穩(wěn)定汽油RON為93的低苛刻度反應(yīng)條件下生產(chǎn)。

為了更好地完成優(yōu)化前后的效果對(duì)比，優(yōu)化時(shí)段選取14日至18日的低苛刻度生產(chǎn)工況，共計(jì)96 h；空白時(shí)期選取10月10日之前96 h相同的生產(chǎn)工況。

2.1.1 優(yōu)化變量控制過程 優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前后，重整第一至第四反應(yīng)器溫度的設(shè)定值變化如圖1所示。

圖1 投用前后8天優(yōu)化變量變化趨勢(shì)

由圖1可以看出，優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)原料組成、反應(yīng)條件的變化自動(dòng)調(diào)整重整4個(gè)反應(yīng)器的入口溫度，各反應(yīng)器入口溫度變化非常明顯，不再是按照傳統(tǒng)的遞增或者相同的反應(yīng)溫度進(jìn)行操作，而是通過對(duì)4個(gè)反應(yīng)溫度實(shí)時(shí)調(diào)整達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前后4天時(shí)間，重整反應(yīng)器的反應(yīng)溫度如表1所示。

表1 優(yōu)化前后的重整反應(yīng)器進(jìn)料溫度平均值 ℃

由表1可以發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化投用后4個(gè)反應(yīng)器的入口溫度平均值較投用前發(fā)生了一定變化，第二反應(yīng)器溫度有所上升，提高0.28 ℃，說明其中烷烴脫氫環(huán)化和C5環(huán)烷異構(gòu)脫氫反應(yīng)需要比優(yōu)化前更高的反應(yīng)溫度才能最大限度地轉(zhuǎn)化為芳烴；第四反應(yīng)器溫度有所下降，降低0.51 ℃，說明其中最難進(jìn)行的脫氫環(huán)化反應(yīng)和環(huán)烷異構(gòu)脫氫反應(yīng)在較優(yōu)化前稍低的溫度下就能達(dá)到理想轉(zhuǎn)化率，同時(shí)還可以減少加氫裂化和結(jié)焦等副反應(yīng)發(fā)生；而第一反應(yīng)器、第三反應(yīng)器無明顯變化。

2.1.2 辛烷值收率方案標(biāo)定 選取優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前4天時(shí)間段為空白期，優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)后4天時(shí)間段為優(yōu)化期，優(yōu)化前后原料和產(chǎn)品流量對(duì)比如表2所示。

表2 空白期與優(yōu)化期收率對(duì)比結(jié)果

由表2可以看出：從目標(biāo)函數(shù)辛烷值收率的對(duì)比來看，優(yōu)化后較優(yōu)化前提高0.65百分點(diǎn)，優(yōu)化效果明顯；從產(chǎn)品分布來看，作為重要產(chǎn)品的C5+穩(wěn)定汽油收率提高了0.73百分點(diǎn)，而副產(chǎn)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(yōu)化系統(tǒng)于2014年10月14日正式投用，至11月20日，經(jīng)過1個(gè)多月時(shí)間的長周期觀察后，總體運(yùn)行安全、平穩(wěn)、無異常情況，沒有對(duì)車間正常生產(chǎn)造成不利影響。優(yōu)化控制系統(tǒng)在確保各工藝約束條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)選定的優(yōu)化目標(biāo)“C5+穩(wěn)定汽油辛烷值收率最大化”，對(duì)催化重整4個(gè)反應(yīng)器入口溫度進(jìn)行連續(xù)的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益方案標(biāo)定

2015年7月10日優(yōu)化系統(tǒng)投用，期間裝置生產(chǎn)方案為高苛刻度工況(RON為97)，優(yōu)化方案選擇總經(jīng)濟(jì)效益方案，拉曼分析儀測(cè)點(diǎn)為C7+重餾分汽油。

為了進(jìn)行優(yōu)化前后的效果對(duì)比，優(yōu)化時(shí)段選取10日至12日高苛刻度穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)段，共計(jì)48 h；空白時(shí)期選取8日至10日的高苛刻度穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)段。

2.2.1 優(yōu)化變量控制過程 優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前后，重整第一至第四反應(yīng)器溫度的設(shè)定值變化如圖2所示。

圖2 投用前后兩天優(yōu)化變量變化趨勢(shì)

從圖2可以看出，優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)原料組成、反應(yīng)條件的變化自動(dòng)調(diào)整4段反應(yīng)溫度，通過對(duì)4段反應(yīng)溫度實(shí)時(shí)調(diào)整達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

表3 優(yōu)化前后的重整反應(yīng)器進(jìn)料溫度平均值 ℃

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

2.2.2 經(jīng)濟(jì)效益方案標(biāo)定 選取優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)前2天時(shí)間段為空白期，優(yōu)化控制系統(tǒng)投運(yùn)后2天時(shí)間段為優(yōu)化期，優(yōu)化前后原料和產(chǎn)品流量對(duì)比如表4所示。從表4可以看出：優(yōu)化系統(tǒng)投用后，隨著反應(yīng)溫度的不斷優(yōu)化調(diào)整，液化氣收率下降，而C5+穩(wěn)定汽油產(chǎn)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(biāo)函數(shù)即總經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)歷一定的波動(dòng)后，較投用前有明顯的提高，優(yōu)化期總經(jīng)濟(jì)效益較空白期提升19.63元/t。

表4 空白期與優(yōu)化期收率對(duì)比結(jié)果

3 結(jié) 論

(1) 綜合2014年10月催化重整優(yōu)化系統(tǒng)投用以來的運(yùn)行情況，無論是在辛烷值收率方案期間還是經(jīng)濟(jì)效益方案期間，優(yōu)化系統(tǒng)總體運(yùn)行安全、平穩(wěn)、無異常情況，均可以確保工藝約束條件在設(shè)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。

(2) 2014年10月辛烷值收率方案標(biāo)定分析結(jié)果表明，C5+穩(wěn)定汽油辛烷值收率優(yōu)化期較空白期可以提高0.65百分點(diǎn)。

(3) 2015年7月經(jīng)濟(jì)效益方案標(biāo)定分析結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化期較空白期提高了近19.63元/t，說明采用該優(yōu)化系統(tǒng)可以提高重整裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

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

[2] 孫來周.優(yōu)化重整操作 挖掘重整潛力[J].石化技術(shù)，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(xué)本科，助理工程師，主要從事石油煉制技術(shù)管理工作。

張海峰，E-mail：zhf.qdsh@sinopec.com。