專(zhuān)利名稱(chēng)：一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的自動(dòng)在線控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乙烯工業(yè)裂解爐，更具體的，涉及乙烯裝置中裂解爐生產(chǎn)操作優(yōu)化的在線自控方法。
背景技術(shù)：
目前，世界乙烯總產(chǎn)量的99%都是通過(guò)裂解爐以蒸汽裂解方式生產(chǎn)的，當(dāng)前和未來(lái)新增加的乙烯產(chǎn)能也主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來(lái)生產(chǎn)的。裂解爐是生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等基礎(chǔ)有機(jī)化工原料的主要裝置，裂解爐能耗占到整個(gè)乙烯生產(chǎn)裝置的 70%以上。近年來(lái)，隨著中國(guó)市場(chǎng)對(duì)乙烯、丙烯等基礎(chǔ)有機(jī)化工原料需求急劇增加，國(guó)內(nèi)乙烯生產(chǎn)企業(yè)在原有生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行裂解爐改擴(kuò)建，乙烯生產(chǎn)能力得到顯著提高，而裂解原料來(lái)源——煉油裝置生產(chǎn)能力卻沒(méi)有得到相應(yīng)增加。隨著原油價(jià)格的攀高和波動(dòng)，為了降低生產(chǎn)成本，煉油廠購(gòu)買(mǎi)的石油產(chǎn)地分布廣泛，導(dǎo)致煉油裝置生產(chǎn)的裂解原料物性變化頻繁，有時(shí)甚至因石腦油等傳統(tǒng)裂解原料的供應(yīng)不足，乙烯生產(chǎn)企業(yè)被迫補(bǔ)充其他油品作為裂解原料，如加氫裂化柴油等。依據(jù)不同的裂解原料來(lái)選擇合適的乙烯生產(chǎn)操作，提高乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等裂解產(chǎn)物收率，減少原料和燃料消耗，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，成為乙烯生產(chǎn)企業(yè)的迫切要求。在蒸汽裂解裝置生產(chǎn)的過(guò)程中，除了裂解原料之外，影響裂解產(chǎn)物收率的操作條件為裂解爐輻射段爐管出口溫度(COT)、稀釋比(RW/0)以及進(jìn)料量(Foil)。對(duì)于物性不同的裂解原料，即使采用相同的裂解爐和操作條件，則其裂解產(chǎn)物收率分布不相同；即使物性相同的裂解原料，使用不同的裂解爐或者操作條件，其裂解產(chǎn)物收率分布也不相同。因此， 在裂解爐生產(chǎn)過(guò)程中，往往針對(duì)裂解原料物性，優(yōu)化裂解爐操作條件，使經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)物(如乙烯、丙烯等)收率達(dá)到最大，降低原料和能量消耗，降低生產(chǎn)成本，是乙烯生產(chǎn)企業(yè)面臨的一個(gè)難題。工業(yè)裂解爐通常通過(guò)裂解深度實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)操作，裂解深度通常是丙烯與乙烯或甲烷與丙烯的重量比。中國(guó)專(zhuān)利CN1456895A、CN2519911Y、CN201173877Y提出從裂解爐廢熱鍋爐出口引出一股裂解氣物流，通過(guò)對(duì)裂解氣進(jìn)行冷卻等預(yù)處理實(shí)現(xiàn)裂解氣在線取樣或者利用在線色譜進(jìn)行在線分析。對(duì)于在線取得裂解氣樣進(jìn)行離線分析或者由在線色譜分析獲得裂解氣中氫氣、甲烷、乙烯、丙烯的含量，從而可以計(jì)算裂解深度，通過(guò)控制裂解深度來(lái)控制裂解爐操作變量(原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量、爐管出口溫度)，從而實(shí)現(xiàn)裂解爐的平穩(wěn)操作。在裂解爐研究和設(shè)計(jì)過(guò)程中，裂解爐專(zhuān)利商和科學(xué)院所根據(jù)石油烴熱裂解化學(xué)反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)石油烴熱裂解反應(yīng)半機(jī)理半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突驒C(jī)理模型，并將其編制成裂解爐模擬軟件，包括如 TECHNIP 公司的 SPYR0、LUMMUS 的 PYPS、CRACKER、CRACKSIM、FIHR，用于模擬計(jì)算裂解產(chǎn)物收率，其中APSEN公司將SPYRO軟件融入其開(kāi)發(fā)的裂解爐先進(jìn)控制技術(shù)，提高裂解爐自控水平，對(duì)乙烯裝置的分離系統(tǒng)的裝置進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)乙烯整個(gè)裝置的操作優(yōu)化，提高整個(gè)裝置的裂解選擇性以及乙烯和丙烯產(chǎn)量。利用工業(yè)裝置或者試驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)可開(kāi)發(fā)石油烴熱裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，如中國(guó)專(zhuān)利CN1686973提出裂解爐裝置進(jìn)行先進(jìn)行控制的一種方法，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立原料密度、投油量、水油比、爐管平均出口溫度、鍋爐出口溫度等與原料裂解深度的關(guān)系模型。中國(guó)專(zhuān)利CN1150300提出了將CN1686973中的關(guān)系模型應(yīng)用于乙烯裂解爐的智能控制，通過(guò)控制原料裂解深度的平穩(wěn)使得各操作參數(shù)進(jìn)行合理的選取，并保持后面工段的操作的穩(wěn)定。上述方案提出了通過(guò)控制裂解深度的平穩(wěn)使裂解爐生產(chǎn)保持平穩(wěn)，卻忽略經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)物(乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等一種或者幾種)的收率裂解產(chǎn)物收率是否處于最優(yōu)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)裂解深度控制實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)運(yùn)行，卻沒(méi)有反映出裂解產(chǎn)物的收率分布，更不能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)物收率達(dá)到最大。為了克服傳統(tǒng)裂解爐控制方法的缺陷，與現(xiàn)有技術(shù)的采用控制裂解深度來(lái)實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)操作的方法不同，本發(fā)明涉及的技術(shù)方案為一種用于工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的控制方法，通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)物(如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等一種或者幾種組合)收率達(dá)到最大化。本發(fā)明通過(guò)建立裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型，將裂解產(chǎn)物收率與裂解深度關(guān)系起來(lái)， 再通過(guò)裂解深度來(lái)控制裂解爐操作，不但實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)操作，還可實(shí)現(xiàn)裂解爐優(yōu)化操作， 使經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)物收率達(dá)到最大或者最優(yōu)。本發(fā)明用于工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制，涉及到1，建立裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型、2，裂解原料物性分析、3，裂解爐操作優(yōu)化計(jì)算、4，裂解深度測(cè)定、5，裂解爐運(yùn)行狀態(tài)判斷、6，裂解爐操作在線調(diào)整。其中，在裂解爐生產(chǎn)操作過(guò)程中，客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)安裝有裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型，裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型根據(jù)直接或者間接輸入的裂解原料物性分析數(shù)據(jù)和工業(yè)裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)(進(jìn)料量、蒸汽量或稀釋比、XOT)以及目標(biāo)裂解產(chǎn)品，計(jì)算出裂解產(chǎn)品收率最大對(duì)應(yīng)的爐管出口溫度(COT)和相應(yīng)條件下所有裂解產(chǎn)物的收率；再通過(guò)計(jì)算丙烯/乙烯或甲烷/丙烯來(lái)計(jì)算裂解產(chǎn)物收率最大時(shí)候的裂解深度， 判斷的依據(jù)是裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的優(yōu)化操作條件下的裂解深度(1)與裂解爐實(shí)際運(yùn)行的裂解深度( 差值絕對(duì)值與裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的優(yōu)化操作條件下的裂解深度的比值。[比值=I裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算出的優(yōu)化操作條件下的裂解深度-運(yùn)行的裂解深度I/裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算出的優(yōu)化操作條件下的裂解深度]，即比值=I裂解深度(ι)-裂解深度( I/裂解深度(ι)；其中模型計(jì)算出的裂解深度即利用優(yōu)化模型計(jì)算得到甲烷、乙烯、丙烯的重量收率進(jìn)行計(jì)算，即優(yōu)化模型計(jì)算的裂解深度=丙烯重量收率/乙烯重量或甲烷重量收率/丙烯重量收率；運(yùn)行的裂解深度是指利用在線色譜分析得到的甲烷、乙烯、丙烯摩爾含量計(jì)算得到的裂解深度，即丙烯重量收率/乙烯重量收率或甲烷重量收率/丙烯重量收率。由于在線色譜分析得到的結(jié)果是摩爾含量，因此計(jì)算運(yùn)行過(guò)程的裂解深度需要一定轉(zhuǎn)化，其公式為運(yùn)行的裂解深度=(丙烯重量收率/乙烯重量收率或甲烷重量收率/丙烷重量收率=(丙烯摩爾含量*丙烯分子量)/ (乙烯摩爾含量*乙烯分子量)或(甲烷摩爾含量* 甲烷分子量)/ (丙烯摩爾含量*丙烯分子量)。需要注意的是，在計(jì)算比值的時(shí)候，裂解深度要統(tǒng)一，要么都是用丙烯/乙烯作為裂解深度，要么用甲烷/丙烯作為裂解深度。不可其中一個(gè)用丙烯/乙烯，而另外一個(gè)值用甲烷/丙烯。利用工業(yè)在線色譜或者色譜對(duì)從廢熱鍋爐出口冷卻到20°C的裂解氣進(jìn)行在線或者離線分析，分析出氫氣、甲烷、乙烯、丙烯的重量含量，以計(jì)算出裂解深度(丙烯/乙烯或甲烷/丙烯)。若比值小于等于10%，則裂解爐運(yùn)行處于優(yōu)化操作狀態(tài)范圍內(nèi)；若比值大于10 %，裂解爐處于非優(yōu)化操作狀態(tài)范圍內(nèi)，需要對(duì)裂解爐操作進(jìn)行調(diào)整，將優(yōu)化計(jì)算得到的爐管出口溫度(COT)從客戶(hù)端/服務(wù)器(C/幻直接或者間接輸入裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)裂解產(chǎn)物收率達(dá)到最優(yōu)的在線操作控制。裂解爐裂解產(chǎn)物收率模型的建立是裂解爐在線優(yōu)化操作的核心。裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型是以裂解爐裂解產(chǎn)物預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，裂解爐裂解產(chǎn)物收率模型是模擬計(jì)算裂解爐在操作條件下的收率，其輸入變量為裂解原料物性(如比重、ASTM餾程、族組成)和操作條件(投油量、水油比、C0T、X0T)，輸入變量為裂解產(chǎn)物的收率(如氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、芳烴等)針對(duì)裂解原料的物性(如比重、 ASTM餾程、族組成)、裂解爐操作運(yùn)行數(shù)據(jù)(投油量、水油比、Χ0Τ)、目標(biāo)裂解產(chǎn)品(如丙烯或乙烯+丙烯或乙烯+丙烯+ 丁二烯等)，在限定裂解爐操作范圍內(nèi)，采用平均搜索法等數(shù)學(xué)方法，計(jì)算或者尋找出該裂解產(chǎn)物收率最大的操作條件(即COT)以及所有裂解產(chǎn)物在此操作條件下的收率。裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)模型可以是通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納的數(shù)學(xué)模型或者通過(guò)裂解原料熱裂解反應(yīng)推導(dǎo)的半機(jī)理半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛘邫C(jī)理模型。裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型類(lèi)型和方法較多，如采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者非線性回歸對(duì)工業(yè)或小試裝置的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸歸納形成的模型；而機(jī)理模型相對(duì)較少，機(jī)理模型由國(guó)外裂解爐專(zhuān)利商和科研院開(kāi)發(fā)，如TECHNIP公司的SPYRO軟件、LUMMUS公司PYPS軟件等，均可計(jì)算裂解爐運(yùn)行操作的裂解產(chǎn)物收率分布。均可根據(jù)裂解爐結(jié)構(gòu)參數(shù)(爐管長(zhǎng)度、入口管徑、出口管徑等)、裂解原料物性(比重、ASTM餾程、族組成或詳細(xì)組成含量)、裂解爐操作條件(投油量、水油比、 XOT (橫掛段溫度)、Χ0Τ (爐管出口溫度))，計(jì)算出所有裂解產(chǎn)物的收率(氫氣、甲烷、乙烯、 丙烯、芳烴等)。裂解爐熱裂解所使用的裂解原料為石油烴。石油烴由輕烴和液體裂解原料組成，輕烴裂解原料如乙烷、丙烷、LPG，液體裂解原料如石腦油、柴油、加氫尾油。原料物性分析數(shù)據(jù)是用于裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的參數(shù)，對(duì)于輕烴來(lái)說(shuō)，原料物性數(shù)據(jù)主要是組成重量含量；對(duì)于液體裂解原料來(lái)說(shuō)，物性數(shù)據(jù)較多，如比重、ASTM餾程、族組成、折光率、殘?zhí)恐怠⒃显敿?xì)組成。對(duì)于原料物性的分析，可采取離線方式分析，分析數(shù)據(jù)通過(guò)人工方式輸入客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)，如ASTM餾程、比重、族組成。原料物性分析還可采用在線方式進(jìn)行分析，如采用傅立葉近紅外光譜分析儀分析石腦油的詳細(xì)組成(重量含量)，分析數(shù)據(jù)可由傅立葉近紅外儀直接傳入客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)中。工業(yè)裂解爐的裂解產(chǎn)物(是指裂解爐生產(chǎn)的產(chǎn)物)數(shù)量眾多，本專(zhuān)利所指的目標(biāo)裂解產(chǎn)品是乙烯裝置(包括裂解爐和分離系統(tǒng))生產(chǎn)的產(chǎn)品，生產(chǎn)計(jì)劃安排的裂解產(chǎn)品或具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值的裂解產(chǎn)品，如氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、碳四餾分、 苯、甲苯、二甲苯、乙苯、裂解汽油、裂解柴油、燃料油等，或者其幾種組合。我們可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)或者計(jì)劃選擇所要優(yōu)化的目標(biāo)裂解產(chǎn)品，如丙烯、乙烯+丙烯、乙烯+丙烯+ 丁二烯、 乙烯+丙烯+ 丁二烯+苯+甲苯+乙苯等。在裂解爐生產(chǎn)操作過(guò)程中，裂解爐生產(chǎn)操作控制變量為原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量或者稀釋比、爐管出口溫度0DT)、橫跨段溫度(XOT)，這些數(shù)據(jù)通常由裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCQ進(jìn)行設(shè)置和控制。在裂解爐生產(chǎn)操作控制變量中，原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量(稀釋比)、橫跨段溫度O(OT)是裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型所需要輸入的變量，爐管出口溫度 (COT)是裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型所優(yōu)化的對(duì)象，裂解爐生產(chǎn)操作通過(guò)調(diào)節(jié)爐管出口溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)操作優(yōu)化。裂解爐裂解產(chǎn)物優(yōu)化模型所需的原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量或稀釋比、 橫跨段溫度O(OT)可通過(guò)裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCQ直接輸入客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)，也可通過(guò)人工方式間接輸入客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)。優(yōu)化結(jié)果(爐管出口溫度)可由客戶(hù)端 /服務(wù)器(C/S)直接輸入裂解爐集散控制系統(tǒng)或直接修改裂解爐集散控制系統(tǒng)的爐管出口溫度實(shí)現(xiàn)裂解爐優(yōu)化控制。對(duì)于優(yōu)化后的爐管出口溫度，應(yīng)該限制在裂解爐正常操作范圍之內(nèi)，否則過(guò)高會(huì)造成裂解爐運(yùn)行周期大大縮短。本發(fā)明涉及到工業(yè)裂解爐裂解深度測(cè)定的方法，工業(yè)裂解爐裂解深度通常是丙烯 /乙烯或者甲烷/丙烯的比值，因此只需要分析這三種裂解產(chǎn)物收率即可計(jì)算出裂解深度。 在裂解爐廢熱鍋爐出口引出一股裂解氣，將該裂解氣冷卻至0-20°C形成氣相和液相兩股物流，分析氣相物流甲烷、乙烯、丙烯即可計(jì)算裂解深度，若采用工業(yè)在線色譜還可分析出氫氣、乙烷、丙烷裂解產(chǎn)物含量。在裂解爐生產(chǎn)操作過(guò)程中，在應(yīng)用裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型優(yōu)化計(jì)算之后， 還利用計(jì)算的甲烷、乙烯、丙烯收率計(jì)算出裂解爐優(yōu)化操作條件下的裂解深度，以對(duì)裂解爐運(yùn)行狀態(tài)判斷，看裂解爐的COT是否處于優(yōu)化操作狀態(tài)范圍內(nèi)。判斷的依據(jù)是模型計(jì)算的裂解深度與裂解爐運(yùn)行的裂解深度差值絕對(duì)值與模型計(jì)算值的比值，若比值小于等于10% 則裂解爐處于優(yōu)化運(yùn)行操作狀態(tài)范圍內(nèi)，不需對(duì)COT不調(diào)整；若大于10%則裂解爐處于非優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，將裂解爐收率產(chǎn)物優(yōu)化模型計(jì)算的COT輸入裂解爐DCS系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)裂解爐的優(yōu)化生產(chǎn)操作。裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))調(diào)整爐管出口溫度速率不得高于15°C/小時(shí)，因?yàn)檎{(diào)整速度太快可能會(huì)造成爐管內(nèi)壁焦炭剝落而堵塞爐管。如果裂解爐裂解產(chǎn)物收率模型計(jì)算的優(yōu)化的COT超出裂解爐正常操作范圍，應(yīng)該將COT設(shè)置為裂解爐操作范圍內(nèi)的最高值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別在于(1)模型不同現(xiàn)有技術(shù)采用的軟件是模擬計(jì)算軟件(模型)，該軟件(模型)根據(jù)爐型、操作條件(投油量、水油比、COT、Χ0Τ)、裂解原料物性只能模擬計(jì)算裂解爐運(yùn)行的結(jié)果，主要包括裂解產(chǎn)物收率和運(yùn)行周期；本發(fā)明采用的軟件(模型)是優(yōu)化計(jì)算模型，根據(jù)爐型、裂解原料、投油量、水油比、XOT計(jì)算某些裂解產(chǎn)物收率達(dá)到最大時(shí)對(duì)應(yīng)的COT以及相應(yīng)的所有裂解產(chǎn)物的收率；(2)優(yōu)化裝置和目標(biāo)不同現(xiàn)有技術(shù)中，SPYRO計(jì)算的裂解產(chǎn)物收率只是為乙烯裝置中分離系統(tǒng)優(yōu)化操作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而spyro軟件本身不提供裂解爐操作優(yōu)化操作計(jì)算，優(yōu)化功能主要集中在乙烯裝置中的分離系統(tǒng)中，優(yōu)化功能集中在ASPEN軟件；本發(fā)明是提供的是針對(duì)某些裂解產(chǎn)物收率的達(dá)到最大時(shí)的裂解爐操作條件，優(yōu)化的目標(biāo)是裂解爐操作；(3)現(xiàn)有技術(shù)也采用裂解深度，但裂解深度是作為裂解爐操作穩(wěn)定的控制目標(biāo)，本發(fā)明是作為裂解爐操作優(yōu)化的控制目標(biāo)。本發(fā)明提出了一種工業(yè)裂解爐在線自動(dòng)控制方法，包括裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型、 裂解原料分析、優(yōu)化計(jì)算、裂解深度測(cè)定、運(yùn)行狀態(tài)判斷、生產(chǎn)操作調(diào)整方法。在服務(wù)器安裝裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型，服務(wù)器與裂解爐集散控制系統(tǒng)(DCQ相連，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)計(jì)劃或者選擇經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)品為主要生產(chǎn)目標(biāo)，裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算出目標(biāo)裂解產(chǎn)品收率最大的對(duì)應(yīng)的COT以及所有裂解產(chǎn)物收率。通過(guò)測(cè)定工業(yè)裂解爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程的裂解深度與優(yōu)化模型計(jì)算的裂解深度對(duì)比，判斷裂解爐是否處于優(yōu)化范圍之內(nèi)，若不處于優(yōu)化范圍之內(nèi)，則對(duì)服務(wù)器對(duì)裂解爐操作進(jìn)行調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)裂解爐生產(chǎn)的目標(biāo)裂解產(chǎn)品的收率達(dá)到最大或最優(yōu)化。本發(fā)明即可實(shí)現(xiàn)裂解爐的平穩(wěn)控制，還使裂解爐生產(chǎn)的目標(biāo)裂解產(chǎn)品的收率達(dá)到最大或者最優(yōu)，從而提高了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明包括但不限于這些實(shí)施例所涉及的內(nèi)容。實(shí)施例1將本發(fā)明的方法應(yīng)用于CBL-III型工業(yè)裂解爐。CBL-III型裂解爐裂解原料為石腦油，采用32組2-1型爐管，年產(chǎn)6萬(wàn)噸乙烯，該裂解爐主要裂解產(chǎn)物為乙烯、丙烯、丁二烯。在裂解爐附近安裝一臺(tái)美國(guó)THERMO公司的ANTARIS傅立葉近紅外分析儀，在線分析石腦油的詳細(xì)組成。在裂解爐廢熱鍋爐出口引出一股裂解氣，并對(duì)其冷卻到0°C，然后利用工業(yè)在線色譜(ABB VISTAII 2000)分析裂解氣中乙烯和丙烯的收率(wt% )。在裂解爐集散控制系統(tǒng)附近設(shè)置一臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器與裂解爐集散控制系統(tǒng)、傅立葉近紅外分析儀、工業(yè)在線色譜相聯(lián)，傅立葉近紅外分析儀、工業(yè)在線色譜、裂解爐集散控制系統(tǒng)將裂解原料物性、裂解深度、進(jìn)料量、蒸汽量或稀釋比、XOT輸入到服務(wù)器，服務(wù)器安裝的裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型BCM。BCM模型是中國(guó)石化北京化工研究院利用蒸汽裂解評(píng)價(jià)模擬裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型，建模過(guò)程如下(1)采集各種石腦油在蒸汽裂解評(píng)價(jià)模擬裝置進(jìn)行蒸汽裂解實(shí)驗(yàn)，即模擬某種爐型的蒸汽裂解過(guò)程，實(shí)驗(yàn)條件包括裂解原料性質(zhì)(比重、ASTM餾程、族組成)、操作條件(進(jìn)料量、水油比、X0T、C0T)、所有裂解產(chǎn)物收率。收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)樣本，數(shù)據(jù)庫(kù)樣本包括爐型、裂解原料物性(比重、ASTM餾程、族組成)、操作條件(進(jìn)料量、水油比、X0T、C0T)、 裂解產(chǎn)物收率；(2)將數(shù)據(jù)庫(kù)輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，建立裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)模型，該模型輸入變量為爐型、裂解原料物性(比重、ASTM餾程、族組成)、操作條件(投油量、水油比、COT、 M)T)，輸出變量為所有裂解產(chǎn)物的收率。裂解爐裂解產(chǎn)物收率根據(jù)輸入變量計(jì)算出相應(yīng)的輸出變量的數(shù)值；(3)以裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，在限定爐型、裂解爐操作范圍內(nèi)、裂解爐操作運(yùn)行數(shù)據(jù)(投油量、水油比、Χ0Τ)，采用平均搜索法的數(shù)學(xué)方法，搜索目標(biāo)裂解產(chǎn)品(如丙烯或乙烯+丙烯或乙烯+丙烯+ 丁二烯等)收率最大值的COT以及計(jì)算在該操作條件下的所有裂解產(chǎn)物收率，以此建立的模型為裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型。根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和優(yōu)化的目標(biāo)裂解產(chǎn)品(乙烯+丙烯+ 丁二烯)，計(jì)算出三烯收率最大對(duì)應(yīng)的COT和所有裂解產(chǎn)物收率，經(jīng)過(guò)判斷將合適的COT輸入到裂解爐集散控制系統(tǒng)中。在裂解爐運(yùn)行初期，裂解爐集散控制系統(tǒng)上投油量設(shè)置M噸/小時(shí)，水油比為 0. 5，XOT為600°C，COT為810°C。待裂解爐運(yùn)行平穩(wěn)后，服務(wù)器接受到傅立葉近紅外分析儀分析的石腦油物性數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)和裂解爐集散控制系統(tǒng)傳入的投油量、水油比、M)T，裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型根據(jù)輸入的原料物性、投油量、稀釋比、橫跨段溫度、裂解產(chǎn)物 (乙烯+丙烯+ 丁二烯)進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算乙烯+丙烯+ 丁二烯收率最大的COT為848 °C， 乙烯收率為28. 70%，丙烯收率14. ，丁二烯收率4. 47%，三烯收率為47. 71%，裂解深度(丙烯/乙烯)為0. 507。同時(shí)工業(yè)在線色譜分析的裂解深度為0. 679。模型計(jì)算的裂解深度與裂解爐運(yùn)行的裂解深度差值絕對(duì)值與模型計(jì)算的裂解深度比值為33. 93%，大于 5%。因此裂解爐運(yùn)行處于非優(yōu)化操作。由于該裂解爐裂解石腦油最高COT限定845°C，服務(wù)器將優(yōu)化后的COT修改為845°C輸入裂解爐集散控制系統(tǒng)中。裂解爐集散控制系統(tǒng)得到服務(wù)器輸入地指令后，以15°C /小時(shí)的升溫速率把COT從810°C提高到845°C，從而實(shí)現(xiàn)了裂解爐優(yōu)化在線控制，使乙烯+丙烯+ 丁二烯的收率達(dá)到最優(yōu)。表1為石腦油1物性數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其過(guò)程包括裂解原料物性分析、裂解深度測(cè)定或計(jì)算、其特征在于還包括建立裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型、裂解爐操作優(yōu)化計(jì)算、裂解爐運(yùn)行狀態(tài)判斷、裂解爐操作在線調(diào)整，進(jìn)一步包括以下步驟(1)建模建立裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型，并將其安裝在客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)上；(2)分析分析裂解原料物性；(3)優(yōu)化計(jì)算將裂解原料物性分析數(shù)據(jù)、工業(yè)裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)、目標(biāo)裂解產(chǎn)品輸入裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型中，計(jì)算出優(yōu)化的裂解爐操作條件和裂解產(chǎn)物收率，并根據(jù)裂解產(chǎn)物收率數(shù)據(jù)計(jì)算優(yōu)化條件下的裂解深度；(4)測(cè)定利用在線色譜對(duì)工業(yè)裂解爐裂解氣進(jìn)行在線或離線分析，以測(cè)定裂解爐運(yùn)行的裂解深度；(5)判斷將裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的裂解深度與裂解爐運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷裂解爐運(yùn)行是否處于優(yōu)化狀態(tài)范圍內(nèi)；(6)調(diào)整若裂解爐運(yùn)行狀況處于最優(yōu)狀態(tài)范圍內(nèi)，則不對(duì)裂解爐操作進(jìn)行調(diào)整；若裂解爐運(yùn)行不處于最優(yōu)狀態(tài)范圍內(nèi)，則將優(yōu)化后的操作條件輸入裂解爐集散控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解爐在線優(yōu)化操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于所述的裂解爐的裂解原料包括石油烴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于所述的石油烴包括輕烴、石腦油、柴油、加氫尾油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于分析的裂解原料物性是用于裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于所述的參數(shù)包括比重、ASTM餾程、族組成重量含量、原料詳細(xì)組成重量含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型是以裂解爐裂解產(chǎn)物預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，針對(duì)裂解原料的物性和裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，在裂解爐操作條件約束范圍內(nèi)，采用數(shù)學(xué)方法尋找或者計(jì)算出裂解產(chǎn)物收率最大的操作條件以及裂解產(chǎn)物收率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的數(shù)學(xué)方法包括搜索方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的裂解爐運(yùn)行數(shù)據(jù)為操作變量，即原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量或者稀釋比、橫跨段溫度(XOT)，優(yōu)化的操作條件為爐管出口溫度(COT)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于所述的裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)模型是通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納的數(shù)學(xué)模型或根據(jù)裂解原料熱裂解反應(yīng)推導(dǎo)的半經(jīng)驗(yàn)半機(jī)理模型或機(jī)理模型，該模型可根據(jù)裂解物性和裂解爐操作條件計(jì)算出裂解產(chǎn)物收率；所述的裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型根據(jù)原料物性、原料進(jìn)料量、稀釋蒸汽量或稀釋比(稀釋蒸汽量/原料進(jìn)料量)、橫跨段溫度(XOT)，計(jì)算出裂解產(chǎn)物收率達(dá)到最大對(duì)應(yīng)的爐管出口溫度(COT)和相應(yīng)的裂解產(chǎn)物收率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的裂解爐的裂解深度是丙烯/乙烯或者甲烷/丙烯收率重量比值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的裂解爐運(yùn)行狀態(tài)判斷的依據(jù)是裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的裂解深度與工業(yè)裂解爐運(yùn)行的裂解深度之差絕對(duì)值與計(jì)算的裂解深度的比值，以判斷裂解爐運(yùn)行是否處于優(yōu)化操作狀態(tài)范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的判斷裂解爐運(yùn)行的優(yōu)化操作狀態(tài)范圍的方法若所述的比值小于10%，裂解爐運(yùn)行處于優(yōu)化狀態(tài)范圍內(nèi)；若所述的比值大于10%，裂解爐運(yùn)行處于非優(yōu)化狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的比值為最優(yōu)比值為5%。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的裂解爐生產(chǎn)操作在線優(yōu)化和調(diào)整的對(duì)象是爐管出口溫度(COT)(12. 1)，若裂解爐運(yùn)行處于優(yōu)化狀態(tài)，則對(duì)裂解爐運(yùn)行不進(jìn)行調(diào)整；(12. 2)，若裂解爐運(yùn)行處于非優(yōu)化狀態(tài)，將裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型計(jì)算的COT 輸入裂解爐集散控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)裂解爐操作優(yōu)化控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于所述的目標(biāo)裂解產(chǎn)品為乙烯裝置生產(chǎn)的裂解產(chǎn)品，包括氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、碳四餾分、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、裂解汽油、裂解柴油、燃料油中的一種或者幾種的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，其特征在于，所述的調(diào)整爐管出口溫度的速率不得高于15°C /小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種工業(yè)裂解爐生產(chǎn)操作的在線自動(dòng)控制方法，涉及到建立裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型、裂解原料物性分析、裂解爐操作優(yōu)化計(jì)算、裂解深度測(cè)定、裂解爐運(yùn)行狀態(tài)判斷、裂解爐操作在線調(diào)整。與傳統(tǒng)采用控制裂解深度來(lái)實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)操作的方法不同，本發(fā)明是通過(guò)裂解爐裂解產(chǎn)物收率優(yōu)化模型與裂解深度關(guān)聯(lián)起來(lái)，以提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值較高的裂解產(chǎn)品(乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等中的一種或者幾種)收率為目標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)裂解爐平穩(wěn)操作，還可使裂解爐在生產(chǎn)操作過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)價(jià)值或者經(jīng)濟(jì)附加值的裂解產(chǎn)品收率達(dá)到最優(yōu)，從而提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102289201SQ20101020448
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者周叢, 巴海鵬, 張兆斌, 張利軍, 張永剛, 李蔚, 杜志國(guó), 王國(guó)清 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院