重油催化裂化生产过程先进控制

重油催化裂化工艺流程是：蜡油和渣油混合后依次经过提升管第一反应区和第二反应区，发生催化裂化反应，反应产物进入主分馏塔分馏，反应催化剂依次经过一再、二再进行催化剂再生，循环利用。在主分馏塔中，塔顶馏出粗汽油、液化气、干气，一起进入吸收-稳定单元；中部抽出粗柴油，去汽提塔，进一步提纯得到柴油；塔底得到油浆部分循环，部分外甩。在吸收-稳定单元中，经过吸收、解吸、稳定等环节，得到合格的干气、液化气和稳定汽油等产品，

重油催化裂化装置生产过程中面临的主要问题有：原料组成变化较大，直接影响着反应再生系统的平稳操作，甚至会导致再生器温度较大波动，同时，再生系统温度的大幅波动，降低了装置掺渣比，影响装置生产安全；汽油干点、柴油95%点和汽油饱和蒸汽压等关键工艺指标没有在线质量仪表，难以达到满意的质量控制效果；解吸塔和稳定塔的塔釜重沸器面临供热不足的问题；各主要液位，如解吸塔、油气分离器等液位难以控制；由于吸收、解吸、稳定塔相互间耦合性强且约束条件多，常规控制难于达到较好的控制效果。以上情况都会造成工况波动大，产品质量和收率不稳定，装置能耗较高。

在控制方面，常规控制主要是针对单输入单输出过程，很少考虑催化裂化过程内在的高度耦合、大纯滞后、多约束和强干扰等复杂特性，离实现装置的优化操作有相当的距离。原有的一些温度、液位串级控制系统也未能投运，关键工艺变量基本上是靠人工调整流量单回路控制系统的设定值来达到生产要求。从催化裂化装置的控制现状分析中看出，常规的PID控制通常对工艺设备和生产过程的各种参数(如温度、压力、流量、液位等)分别加以控制，构成一个个相互独立的控制回路。常规的PID控制本质上是一种单输入单输出(SISO)控制系统，它无法将相关的多个变量统筹考虑，协调控制。所以可采用多变量控制技术来解决装置优化问题。

控制产品质量是装置优化控制的基础，只有在产品质量合格的前提下，才能追求产品的产量最大和生产的消耗最小等效益指标。在产品的质量控制中，实时在线质量分析数据是十分重要的。本装置的质量效益指标(粗汽油干点、轻柴油95%点、稳定汽油饱和蒸汽压等)暂时没有在线分析仪表检测，为了提高质量控制的效果，采用了相应的工艺计算软件和软测量技术。

u 减少产品质量波动、实现卡边控制，主要产品质量指标的标准偏差降低20%到60%；

u 合理调整反应温度、产品抽出温度，减少生焦量、产气量，提高轻油收率；

u 降低劳动强度，提高装置的自动化水平。

重油催化裂化装置先进控制系统建立重油催化裂化生产过程的动态数学模型，包括先进控制模型、工艺计算模型和软测量模型；实现对反应深度和主要产品质量指标的在线测量。该先进控制系统包括反应－再生系统、主分馏系统和吸收-稳定系统三部分，共有24个被控变量、19个操纵变量和15个干扰变量。结合DCS系统的特点，实现安全、可靠的切换并设计便捷的操作界面。

重油催化裂化装置应用先进控制系统最大的特点是先控系统能够适应实际的操作工况，从而提高掺渣、提高液收和稳定吸收稳定系统的工况。

由于吸收-稳定系统负荷很大，因此干气的收率能否最大程度的降低取决于稳定塔的负荷。在吸收系统的先控系统中，通过控制补充吸收剂流量，在稳定油气分离器和解吸塔塔釜液面的基础上，达到稳定塔进料的最大化控制，一方面满足吸收的要求，另一方面避免出现稳定塔负荷超标导致液化气质量问题。

在掺渣比专家控制系统设计中，采用了多个辅助变量来适应渣油油性变化和处理量变化等问题。解决了再生温度滞后大、波动大的问题，达到提高掺渣和稳定再生温度的目的。

另外，在反应和分馏系统加入了反应深度控制和油浆外甩最小化的控制方案，而反应深度的计算是结合经典理论和实际装置特点，采用多参数综合计算结果来体现真正的反应深度。通过控制合适的反应温度和油浆外甩的最小化，从而达到提高液收的目的。

先控系统投用后可以明显降低各被控参数的标准偏差，平均标准偏差下降值为42.73％，达到了稳定操作的目的，为卡边操作提供了有利条件。

在先控的软测量系统投用后，各种产品质量的稳定性有了较大的提高，主要是在软测量系统投用后，操作人员通过软测量系统实时的质量预测进行及时的操作调整，对产品质量控制起到了及时的指导作用，为质量的卡边控制提供了条件。

图1和图2分别是重油催化裂化先进控制系统投运前后部分重要变量的控制效果。图3和图4为主要软测量变量化验室分析值与先控计算值对比效果。

重油催化的先进控制项目总体来说取得了很好的效果，实际投用率达到98％。先进控制项目的实施，主要是增加了装置的掺渣比，丙烯的回收率和装置操作和质量控制的平稳性。不仅从操作稳定性，对操作人员劳动强度的降低还是在经济效益上，都取得了很好的效果。

先进控制系统与常规PID控制相比，重要生产参数自动维持在工艺和设备的许可范围内，使生产更安全，并把生产参数保持在优化区域。减少主要过程变量的波动幅度达42%，从而提高系统平稳性。汽油和柴油等主要产品质量指标的标准偏差降低32.86％；先进控制系统投用，应用合适的先进控制策略可以降低干气中的丙烯含量，可以进一步提高液收，从而提高装置的经济效益。应用先进控制，可以提高重催装置的经济效益370.21万元/年。