催化裂化分馏塔粗汽油干点的测量与控制

1 引言 　　在烃加工过程中，产品的质量控制一直是人们关注的重点，通常的做法是采用人工采样产品样本，送化验室分析化验，数小时后，把结果反馈给生产装置，指导工艺人员操作，控制产品的质量。此方法由于在时间上存在较大的滞后，控制效果并不理想；另一种方法就是在产品质量采样点上安装在线质量分析仪表，但由于这类仪表在测量上也存在5~20min的测量滞后，同时测量精度也有待进一步的提高，加之价格较为昂贵且需要经常维护等因素，实际上很少直接用于闭环控制，只是作为参考显示来指导操作。近年来，软测量技术作为一种新型的测量技术日益受到人们的广泛关注，它可以利用质量变量和过程变量之间的关系或利用质量变量与加工过程机理间的关系，建立测量模型，通过建立的软测量分析仪，实施产品的质量监测与控制，并且在许多炼油装置上得到成功的应用，提高了产品质量等级和目的产品收率。本文将探讨和分析在FCC分馏塔上实施粗汽油干点的质量软测量和控制过程。 2 催化裂化分馏塔工艺过程 　　图1为某石化公司炼油厂的催化裂化装置分馏塔的工艺流程图，由反应再生器来的反应油气进入分馏塔底部，通过人字型挡板与循环油浆逆流接触， 洗涤反应油气中催化剂并脱除过剩热量，使油气呈“饱和状态”进入分馏塔进行分馏。分馏塔顶油气经换热冷却后，进入分馏塔顶油气分离器进行气、液相分离。分离出的粗汽油分成两路，一路作为吸收剂进入吸收塔，另一路作为反应终止剂打入提升管反应器终止段入口。富气进入气压机。轻柴油自分馏塔抽出自流至轻柴油汽提塔，汽提后的轻柴油经换热后，再分成两路；一路经冷却后，使轻柴油温度降至50℃，作为产品出装置。另一路经冷却后使其温度降至40℃送至再吸收塔作再吸收剂。回炼油经升压后一路与原料油混合后进入提升管反应器，另一路返回分馏塔。分馏塔的主要产品为粗汽油和轻柴油，产品的质量与来自反应再生系统的反应后的油气有关，同时也与分馏塔的操作条件有关。粗汽油干点的质量控制是采用调整主分馏塔顶的温度和压力的方案，利用塔顶的关键组分浓度与顶稳和压力的变化关系，参考化验室的分析值对顶温控制器、顶循环流量和顶冷回流流量进行调节。原方案由于没有实时的干点值输出，属于开环控制，系统滞后时间长、调节效果难以保证，干点值波动较大，实现质量卡边控制难度较大，同时，操作工的劳动强度也较大。 3 粗汽油干点软测量的实现 　　粗汽油干点的软测量的实现主要有二种方法，一种是通过读取与粗汽油干点直接有关的工艺过程数据，如分馏塔顶压力、塔顶流量、塔顶冷回流、一中回流等参数以及与此相关联的化验室分析值，运用这些数据的相互关联性，用数学的方法建立数学模型；另外一种是采用分析分馏塔的工艺过程的工艺机理，建立的基于工艺机理的软测量模型，关于这两种方法建立的模型各有其特点，前者建模相对比较简单，但适应工况变化较差，后者建模比较困难，适应工况变化较好，关于这两者的比较将另发文探讨。本文是采用基于工艺 4　粗汽油干点的质量控制 分馏塔粗汽油干点的质量控制的实现是采用Honeywell公司的鲁棒多变量模型预测控制技术（RMPCT），首先，对已经建立的粗汽油干点的软测量点作可能影响其性能的阶跃响应试验，找出对其性质变化起控制作用的操作变量（MV），读取相关的数据，经过系统辫识，获取与粗汽油干点以及影响其性质变化的操纵变量之间的控制数学模型，而后建立相关的控制器加以实现。影响粗汽油干点的主要操纵变量为分馏塔顶温度设定值、顶循环流量、塔顶冷回流流量设定值，对反应再生系统的新鲜原料进料量、提升管出口温度、原料油预热温度、掺渣比和回炼油流量，作为干扰变量（DV）加以考虑，图2给出了粗汽油干点质量控制系统框图。其中xr为粗汽油干点设定植，x1软测量实时计算值，DV1~DV4为干扰变量。 5 粗汽油干点软测量及控制效果分析/b< 　　粗汽油干点的软测量模型和控制器投用后，不论从软测量计算值历史趋势图和化验室粗汽油干点化验室数据分析，粗汽油干点的波动性明显减少，图3给出粗汽油干点质量控制器投用前后粗汽油干点软测量值的四天96小时的波动趋势，从图可以看出干点的波动性明显减少。对连续100个组的化验室数据与粗汽油干点软测量实时数据分析，误差﹤1℃为63%，1℃﹤误差﹤2℃为29%，2℃﹤误差﹤3℃为8%(这其中可能存在化验值的人工误差)，表明了该软测量模型能较好地反映粗汽油干点的质量特征，从而为在分馏塔上实施质量卡边控制和先进控制提供了可靠的保证。表1给出了粗汽油干点质量控制器投用前后，干点质量波动性统计变化特征。 5 结论 　　基于工艺机理分析建立的粗汽油干点软测量模型，具有能实时反映出产品质量信息特征且不需要经常维护等优点，现场运行结果表明，该模型只须不定期用试验室数据校正，就可以获得较高的测量精度，并能适应较大范围的原料进料变化和加工方案的变化，满足了产品质量实时测量和控制的要求，为在分馏塔实施先进控制提供了可靠的保证。对粗汽油干点实施质量控制，可以大大提高产品的质量控制指标，减少质量的波动性，也可以对目的产品实现较好的卡边控制，提高目的产品的收率，可产生较大的经济效益。 [参考文献] [1] 汪永生 邵惠鹤 通用软测量软件包的开发和应用 化工自动化及仪表 2000，27（2）：34~36。 [2] 刘爱伦 仲蔚 俞金寿 等 加氢裂化分馏塔航空煤油干点软测量 石油化工自动化，2000，2：39~41。 [3] 张克进 沈雁鸣 俞金寿 软测量在分馏塔粗汽油干点推断控制中的应用 自动化仪表 1999，20（4）：17~19。 [4] 王显伟 FCC分馏塔产品质量软测量和控制 化工自动化及仪表 1999，26（5）：22~24。 [5] 孙欣 王金春 何声亮 基于神经网络的粗汽油干点的实时估计 石油化工自动化，1996，5：17~20。 [6] K. J. HUNT Neural networks for control systems — A survey. Automatica,1992,28(6):1083~1112。 [7] Hornik K, Multi_layered feed_forward neural networks are universal appromation. Neural Networks, 1990,(2):359~366。 [8] 石油炼制工程 林世雄 石油工业出版社 1997年。