(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf_第1页
(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf_第2页
(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf_第3页
(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf_第4页
(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf_第5页
已阅读5页,还剩64页未读 继续免费阅读

(电气工程专业论文)基于dcs的石油催化裂化相关积分算法的优化控制.pdf.pdf 免费下载

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

东北大学硕士论文 a b s t r a c t t h eo p t i m i z a t i o nc o n t r o lo fp e t r o lc a t a l y t i cc r a c kr e l a t i v e i n t e g r a lc a l c u l u sb a s e do nd c s a b s t r a c t t h et h e s i si sm a i n l ya b o u tt h ea p p l i c a t i o no fr e l a t i v ei n t e g r a lc a l c u l u so p t i m i z a t i o n c o n t r o ls y s t e mo nf u s h u nn o 2r e f i n e r y sf c c u ( f l u i dc a t a l y t i cc r a c ku n i t ) o nt h e b a s eo fc o n v e n t i o n a li n s t r u m e n t a lc o n t r o lc i r c u i t w en m k ef u l lu s eo fd c s ( d i s t r i b u t e c o n t r o ls y s t e m ) p o w e r f u lc o n t r o la d v a n t a g e o u sr e s o u r c ea n da v a i l a b l em a c h i n et of u l f i l l a d v a n c e dc o n t r o lm e t h o d a c c o r d i n gt oc u r r e n t s t o c k ,t h er u n n i n gs t a t u s ,o p t i o n a l o p t i m i z a t i o np l a n ,c o n f i n e dc o n d i t i o n , a n dt h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r so fa u t o m a t i ca d j u s t a b l e c a t a l y t i cc r a c kp r o c e s s ,w ei m p r o v et h em a n u f a c t u r ec a p a c i t y , p r o d u c te f f i c i e n c y , p r o c e s s i n g c o n t i n g e n c ya b i l i t y , a n de c o n o m i cb e n e f i to f t h ep l a n ta sp o s s i b l ea sw ec a n t h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h et h e s i si sa sf o l l o w s :f c c u ( f l u i dc a t a l y t i cc r a c ku 1 1 i t 、 i si m p o r t a n tu n i ti n o i lp r o c e s s ,a n dam a i np r o c e s si nw h i c hh e a v yr e s i ni sc o n v e r t e dt o l i g h t e ro i lw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o m p a r a t i v el o wc o s ta n dg o o db e n e f i t i t sr u n n i n g s t a t u sd i r e c t l ya f f e c t st h er a t i oo fr e s p e c t i v el i g h t e ro i lp r o d u c t s ( g a s o l i n e 、d i e s e lo i la n d c a r b o nh y d r o g e nl i q u i d s ) a n de c o n o m i cb e n e f i t so ft h ep l a n t s ov a r i o u sk i n do f o p t i m i z a t i o ns y s t e m sh a v eb e e nd e v e l o p e di nd o m e s t i ca n da b r o a d t h et h e s i si sm a i n l yd e a l 、v i t hh o wt om a k ef u l lu s eo ft h ee n o r m o u sf u n c t i o n so f d c s ( d i s c r e t ec o n t r o ls y s t e m ) ,t od e v e l o po p t i m i z a t i o nc o n t r o ls y s t e m ,t oo p t i m i z e o p e r a t i o n ,t oi m p r o v et h er a t i oa n d b e n e f i t so fl i g h t e ro i lp r o d u c t s a n dt od e c r e a s et h ec o s t o f p r o d u c t i o n t h et h e s i sf i r s t l ys u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n ta n dc u r r e n ts t a t u so fo p t i m i z a t i o n c o n t r o lo fp e t r o c h e m i c a la n df l u i d i z e dc a t a l y z e dc r a c k i n gp l a n t si nd o m e s t i ca n do v e r s e a s a n ds i m p l yi n t r o d u c e st h ep r o c e s s i n gt h e o r ya n dp r o c e d u r eo ff l u i d i z e dc a t a l y z e dc r a c k i n g p l a n t sa n dr e l a t i v ei n t e g r a t i o na n dr e l a t i v ei n t e g r a t i o no p t i m i z a t i o nc a l c u l u s i na d d i t i o n ,w e d e t e r m i n e dr e l a t i v e i n t e g r a t i o no p t i m i z a t i o nm e t h o dt h r o u g hi d e n t i f i c a t i o n ,s e l e c t i o n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fr e l a t i v ei n t e g r a t i o no p t i m i z a t i o n ,s t a t i ca n dd y n a m i c m o d e la r en o tn e c e s s a r yi nr e l a t i v ei n t e g r a lc a l c u l u s ,a sl o n ga st h ep r o c e s sh a v et h e s e l f - b a l a n c e dc h a r a c t e r i s t i ca n dn e a r l yk n o wo ft h et r a n s i t i o n a lt i m e t h ed y n a m i c f l u c t u a t i o na n dd i s t u r b a n c ei sa l l o w e dt oe x i s ti nt h ep r o c e s sa d j u s t a b l eo p t i m i z a t i o n v a r i a t i o n sa n do b j e e t i v ef u n c t i o n s ,a n ds t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e s ef l u c t u a t i o n sa n d d i s t u r b a n c e sc a nb eu n k n o w n a c c o r d i n gt ot h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ,t h em e a s u r a b l ea n d c a l c u l a b l eo b j e c t i v ef u n c t i o na n do p t i m i z a t i o nv a r i a b l eo nl i n ei sd e t e r m i n e d ,t h ed e s i g no f i n t e g r a t i o no p t i m i z a t i o nw i t ht h ed y n a m i cf l u c t u a t i o na n dd i s t u r b a n c ei sr e s o l v e d t h e s o f t o f c o n t r o ls y s t e mi sd e v e l o p e da c c o r d i n gt ot h el o c a lp r o c e s s t h eo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e sc a nd e a lw i t ht h eo p t i m i z i n gv a r i a b l ea n dt a r g e tf u n c t i o n a sd y n a m i cs y s t e m ,a n dt h eo p t i m i z i n gv a r i a b l ea sas t o c h a s t i cp r o c e s sc a nb ec o n t r o l l e d v 至些塑堂坚 一塑! 鲤 i ta d d sd y n a m i cd i s t u r b a n c ei n t ot a r g e tf u n c t i o n ,w eh a v es e a l e dt h ep r o b l e m b vas e r i e so f r e s e a r c ht or e a c ht h ef e a s i b i l i t yo f t h eq u e s t i o n i nt h ee v e n t u a la l g o r i t h mo f r e l m i v ei n t e g r a l w ec a r lo p t i m i z eo p e r a t i o nw i 廿1 0 u tp r o c e s st h e o r yo rs t a t i s t i cm o d e l ,i u s tb yt h em e a s u r a b l e v a l u ew h i c hi sc a c d a t e dt h r o u g ha d j u s t a b l ev a r i a b l ea n do b j e c t i v ef u n c t i o nv a r y i n gw i t h t i m e t h ec o m p l i c a t i o no ff l u i d i z e d c a t a l y z e dc r a c k i n gp r o c e s sa n dc o n t r o lm e t h o d s i g n i f i c a n t l ya f f e c t st h er e s u l to fe n t i r eo p t i m i z a t i o nc o n t r o ls y s t e m m o r eo v e r - t h e o p t i m i z a t i o nc o n t r o ls y s t e mi t s e l fe x i s t sc o n f i n e m e n ta n dl o c a li n s t m m e n ta n de s p e c i a l l 。 e x e c u t i v ep a r th a ss o m ep m c i s m nf a u l t s ,w h i c hi n f l u e n c et h e o p t i m i z a t i o n c o n t r o l 印p l i c a t i o n 。h e r ea l s ot a l ko ft h ec o m p a r a t i v e l yi m p o r t a n ts y s t e mo fc a m l y s tm i n i a t u r e a d d e ri nt h ec a t a l y z e dc r a c k i n gp l a n t k e yw o r d s :f l u i dc a t a l y t i cc r a c k ;c o n t r o l l e r ;o p t i m i z a t i o n ;a n dr e l a t i v ei n t e g r a l - v i 东北大学硕士论文 声明 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除 加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包括本 人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名:z 刀缸 签字目期:卯,j 刁 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定: 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅 和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流,请在下方签名,否则视为不同意) 学位论文作者签名:导师签名 签字f 1 期: 签字嗣期 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着我国经济的发展和世贸组织的加入,中国的石油化工行业与国际同行业之间 的竞争日趋激烈。这种竞争不仅表现在行业间装置运行经济效益的对比上,也表现在 同类产品质量的竞争上。在目前的经济环境下,原油的价格大幅上升同时成品油价格 不断下跌是石油化工行业利润空间不断缩水的主要原因之一。在这种形势下,如何降低 装置运行成本,提高装置运行的效益已经成为石化行业最主要的研究课题。在环保要 求不断提高的今天,如何提高石油化工行业主要的产品的质量,业已成为石油化工企 业以质量争取市场的重要手段之一。总之,通过提高装置运行的质量包括运行的效 益和产品的质量来提高企业的竞争力,是石油化工企业发展的重要手段之一。 新技术的引进、装置的技术改造以及强化管理、优化操作都可以对提高装簧运行 质量起到积极的作用。其中,生产过程操作优化,可以在不修改工艺,不增加生产设 备的情况下,仅通过改变操作条件就可以取得明显的经济效益,不失为投资少、见效 快的一种好办法,因而有着重要的研究和应用价值。如何在现有的条件下提高石油加 工装置的产率? 如何在原料、处理量等环境变化的情况下,合理的调整装置的关键操 作条件,适应这些变化? 当市场对产品的需求发生变化,如何合理安排生产,使之主 产品的产率达到最大? 这些都是石油化工工程师们所面临的急迫问题。 近年来随着现代科学技术的发展,特别是电子计算机硬件、软件的飞速发展,电 子计算机的可靠性明显提高,运算速度的不断加快、存储容量的增加、价格的大幅下 降,这就为电子计算机在石油化工领域的广泛应用创造了条件。另一方面,随着石油 化工工业在我国的快速发展,计算机技术应用于石油化工生产过程的过程控制,生产 优化,企业管理等各个方面,以适应现代化大生产的需要。正因为如此,以石油化工 生产过程为对象,以控制理论为理论依据,以电子计算机为工具,实现石油化工生产 过程的优化设计、优化操作与控制和优化管理为目的的石油化工系统工程有了很大的 发展,并且得到了广泛的应用取得了明显的经济效益。 1 2 石油化工装置优化控制的发展及现状 p i e 常规反馈控制方法已经在工业自动化领域成功的运用了几十年,至今仍被广 泛的应用。在石油化工装置的d c s 的基本控制回路中仍大量使用,而且在其使用过程 中,不断发展了许多较为复杂的控制,如串级控制、比例控制、分程控制等,这在一 东北大学硕士学位论文 第一幸绪论 定程度上能满足大部分的过程控制的需要。但是象在f ( 、c u ( 流化催化裂化装置) 中的反 应温度、再生烧焦控制、两器压力平衡协调控制等这类被控对象存在大的时间滞后、 多变量交互影响、非线性、不可测变量干扰、苛刻的变量约束等情况下,传统的p i d 控制方法就力不从心了。以d c s 为代表的新的过程控制计算机系统的出现为解决这类 复杂的过程控制问题创造了有利的条件。 面对工艺实践向过程控制提出的挑战,7 0 年代末期,国外工业控制领域内出现了 众多新的计算机控制策略和算法,并首先在石油加工的生产装置上获得成功的应用, 这些方法统称为先进控制和装置优化控制。装景优化控制和先进控制的目标不同,先 进控制的目标通常是实时的稳定控制,其运行时间在分、秒之间,在分级结构上它是 常规p i d 控制的上级;而装置优化控制的目标是以装鹭的产率最高,能耗最低,经济 效益最大等,其运行周期在分、时之间,在分级结构上可以把它看作先进控制的上一 级。计算机最优化与常规控制相比有许多优点,他沟通了工厂经营目的与实际操作之 间的联系。在2 0 世纪7 0 年代初期,在实现在线最优化碰到困难之后,曾考虑单个工 艺装置的离线最优化。当时的理由是,最优化不是经常需要的,因而最好采用离线最 优化。但是由于缺乏精确的输入信息,以及对涉及到的变化在响应上的滞后和设备价 格的降低和可靠性能的提高,愈来愈多的工厂转向采用在线最优化控制。 在石油化工装黄上采用先进控制有着巨大的潜力,例如据s e t p o i n t 和 p r o f i m a t i c 等公司介绍,在f c c u 采用先进控制的经济效益达o 4 2 美元邝屯进料, 这个数字在炼油工业众多的装置中是最高的。由于催化裂化装置的处理量都比较大, 因此对f c c u 来说,采用先进控制的费用包括用d c s 更新常规仪表的改造费在内的投 资回收期一般在两年以内。 在先进控制中,比较流行的是多变量预测控制( m u l t i v a r i a b l ep r e d i c t i v e c o n t r o l m p c ) ,而多变量预测控制的核心是:预测模型、滚动优化和反馈校正。 在石油化工装置上实施优化控制是一项技术难度很大的工作,要取得好的经济效 益,必须按照每个生产装置的具体情况进行现场调查,在可行性研究的基础上进行功 能设计,制订各部分的控制目标和控制策略,安装调试,直到现场投用和日常维护, 实旌一个项目的时间一般在一年左右。 仪表技术及控制理论的发展,为石油化工装嚣实现优化控制奠定了基础a 特别是 计算机控制系统的应用,使优化控制的实施创造了条件。目前在石油化工装置中使用 的优化控制主要有两种形式。一种是在原有计算机控制系统的基础上,增加一级控制, 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 增加新的硬件设备如优化操作站、通讯接口等。在优化操作站中安装优化控制软件, 作为专门的优化控制操作站。另一种是完全利用原有的硬件设备,无需增加新的硬件, 在操作站上直接安装优化控制软件,利用原有的数据库中采集需要的数据,通过一定 的优化算法,对生产进行优化。这两种方式目前应用的都比较多,相比较而然,第一 种方式由于需要增加新的硬件设备,因此投资较大,但是对原有的控制系统的要求较 低。第二种方式虽然不需要增加新的硬件投资,但是对原有的控制系统的软、硬件的 要求都比较高。但是,由于利用了原来的操作站,可靠性较高,同时不改变原来的操 作方式,相对来说操作方便。 1 3 小结 本章主要介绍了优化控制的重要性以及国内外优化控制、先进控制的发展情况, 通过对两种优化控制方案的比较,认为第二种优化方案即利用原有的硬件设备和软件 资源,直接安装优化控制系统是比较可行的。 东北大学硕士学位论丈 第三章相关积分优化方法简介 第二章催化裂化装置优化控制发展概况 2 1 催化裂化组成简介 自1 9 4 2 年e x x o n 公司第一套流化催化裂化( f c c ) 工业化装置问世以来,由于 其转化率高、产品质量好,适应了汽车工业和其他工业的高速发展。半个世纪以来, f c c 工艺技术、控制水平和生产规模获得了迅猛发展。根据有关资料统计,至1 9 9 5 年末期,全世界催化裂化装置的数量已经达到了5 0 0 多套,总加工能力62 5 亿吨年, 约占原油一次加工能力的1 7 ,居二次加工能力的首位。我国建成投产的f c c u 也有 百余套,总加工能力约5 3 0 0 余万吨年,仅次于美国,居世界第二位。催化裂化装置 生产的产品分别占汽油总量的三分之二和柴油总量的三分之一,创造了巨大的社会效 益和经济效益,催化裂化已经成为我国炼油工业中最基本的骨干工艺,是重油加工中 晟重要的手段,在我国炼油中占据十分重要的地位。 催化裂化装茕主要由反应再生系统、分馏系统、吸收稳定系统和产品精制系统、 烟气能量回收系统等几个部分组成。 反应再生系统是催化裂化装置的核心,它的任务是将催化裂化原料油在规定的操 作条件下进行裂化反应,反应生成的油气产品送往分馏系统,结焦的催化弃经水蒸气 汽提后在规定的条件f 进行烧焦再生,再生后的催化剂返回使用。 反应再生系统包括以下四个部分: ( 1 ) 原料油预热及反应器部分,反应器的总进料通常由新鲜原料油( 直馏蜡油、 减压渣油及二次加工原料) 和同炼油( 分馏的侧线回流油和塔底油浆) 。为了保证开工 时原料的循环,以及原料油的雾化效果,必要时原料油要有预热装置,预热到规定温 度与油浆混合进入提升管喷嘴。有的装置采用加热炉,有的装置采用蒸汽加热。近几 年随着催化裂化技术的发展,考虑到减少生焦、高剂油比的要求,以及新型原料雾化 喷嘴的作用,可不设加热炉或仅在开工时使用。反应器包括提升管反应器、沉降器、 汽提段。渣油催化裂化还有金属钝化n j 3 n a 措施。 ( 2 ) 催化剂循环和再生部分,待生催化剂经立管或斜管进入再生器,再生器有单 器和烈器两种。单器有单段和两段两种,双湍流床,快速床( 烧焦罐) 和鼓泡床( 第 二密相床) ,湍流床和快速床( 后署烧焦罐) 等几种,再生器和反应器的构型有并列式 和同轴式。以上各种形式多种多样,催化剂输送线路也互不相同,大部分为密相输送, 和同轴式。以上各种形式多种多样,催化剂输送线路也互不相同,大部分为密相输送 东北大学硕士学位论文 第三章相关积分优化方法简介 第二章催化裂化装置优化控制发展概况 2 1 催化裂化组成简介 自1 9 4 2 年e x x o n 公司第一套流化催化裂化( f c c ) 工业化装置问世以来,由于 其转化率高、产品质量好,适应了汽车工业和其他工业的高速发展。半个世纪以来, f c c 工艺技术、控制水平和生产规模获得了迅猛发展。根据有关资料统计,至1 9 9 5 年末期,全世界催化裂化装置的数量已经达到了5 0 0 多套,总加工能力6 2 5 亿吨年, 约占原油一次加工能力的1 7 ,居二次加工能力的首位。我国建成投产的f c c u 也有 百余套,总加工能力约5 3 0 0 余万吨年,仅次于美国,居世界第二位。催化裂化装置 生产的产品分别占汽油总量的三分之二和柴油总量的三分之一,创造了巨大的社会效 益和经济效益,催化裂化已经成为我国炼油工业中最基本的骨干工艺,是重油加工中 最重要的手段,在我国炼油中占据十分重要的地位。 催化裂化装置主要由反应再生系统、分馏系统、吸收稳定系统和产品精制系统、 烟气能量回收系统等几个部分组成。 反应再生系统是催化裂化装置的核心,它的任务是将催化裂化原料油在规定的操 作条件下进行裂化反应,反应生成的油气产品送往分馏系统,结焦的催化剂经水蒸气 汽提后在规定的条件下进行烧焦再生,再生后的催化剂返回使用。 反应再生系统包括以下四个部分: ( 1 ) 原料油预热及反应器部分,反应器的总进料通常由新鲜原料油( 直馏蜡油、 减压渣油及二次加工原料) 和回炼油( 分馏的侧线回流油和塔底油浆) 。为了保证开工 时原料的循环,以及原料油的雾化效果,必要时原料油要有预热装置,预热到规定温 度与油浆混合进入提升管喷嘴。有的装置采用加热炉,有的装罱采用蒸汽加热。近几 年随着催化裂化技术的发展,考虑到减少生焦、高剂油比的要求,以及新型原料雾化 喷嘴的作用,可不设加热炉或汉在开工时使用。反应器包括提升管反应器、沉降器、 汽提段。渣油催化裂化还有余属钝化和加入措施。 ( 2 ) 催化剂循环和再生部分,待生催化剂经立管或斜管进入再生器,再生器有单 器和双器两种。单器有单段和两段两种,双湍流床,快速床( 烧焦罐) 和鼓泡床( 第 二密相床) ,湍流床和快速床( 后署烧焦罐) 等几种,再生器和反应器的构型有并列式 和同轴式。以上各种形式多种多样,催化剂输送线路也互不相同,大部分为密相输送, 东北大学硕士学位论文 第三章相关积分优化方法简介 也有个别的采用稀相输送。催化剂的循环量靠滑阀或塞阀调节,也有利用压力平衡原 理自动调节的。 ( 3 ) 主风机组和烟气能量回收部分,烟机一主风机发电电动机( 三机同轴) , 也有的还采用蒸气轮机的四机同轴机组。是功率为几千瓦到上万于瓦的大型动力设备, 并有一整套辅助设施。 再生烟气的能量回收,除上述三机组外,还包括第三级旋风器和细粉催化剂储罐, 临界流速喷嘴,以及余热炉或一氧化碳燃烧炉,水封罐和烟囱,此外还有庞大的高温 烟气管线和阀门。 根据环保要求,有些地区加工含硫原料时,还要有烟气脱硫设施。 ( 4 ) 催化剂的贮存及装罐部分,装黄设有新鲜催化剂和平衡催化剂贮罐。当炼油 厂没有催化剂散装库时,装置内还设有灌袋装催化剂的设备。 为向再生器装催化剂,有开工用的大型加料设旋和日常补充新鲜催化剂的小型加 料设施。同样要有停工时的大型卸催化剂的设施和t :t 常小型卸料设施。后者一般要配 备装桶和装车设备。 有的装置需要经常加入一氧化碳助燃剂、辛烷值助剂、油浆阻垢剂等。为此也要 设置各自的储存和加剂设施。 分馏系统的任务是将催化裂化高温油气冷却分离,按沸程轻重分富气、粗汽油、 轻柴油、重柴油( 也可不生产) 回炼油和油浆,并排出含硫污水。粗汽油和富气送往 吸收稳定系统。轻、重柴油是炼油厂的柴油组分( 根据其质量情况,有的要经过碱洗 电精制,有的要加氢精制) ,回炼油和油浆一般送回反应再生部分继续加工,有些原料 产生油浆多一般可以作为产品送出装置。 分馏塔的热能回收十分重要,一般采用几个循环回流分别回收不同温度的热能, 用来预热原料油、软化水或除盐水,还用于向吸收稳定系统的重沸器供热和发生 3 5 m p a 、1 o m p a 及0 3 m p a 的中低压蒸汽。低温度热能还可以作气体分馏装置某些 重沸器的热源,或者做保温伴热的热载体。 分馏塔还提供粗汽油、轻柴油作为吸收稳定系统再吸收塔的吸收油,并把返回的 富吸收油进行解吸。 分馏塔顶油气分离器排除的含硫污水一般含有硫化氢、氰化物、环烷酸和酚等物。 出装置后一般还要经专门的处理,然后去污水处理场进一步处理,达到排放标准。 根据上述任务要求,分馏系统由两个部分组成: 6 东北大学硕士学位论文第三章相关积分优化方法简介 ( 1 ) 分馏塔部分一一包括主分馏塔、侧线汽提塔、回炼油罐、塔顶油气分离器、 油浆澄清器等。 ( 2 ) 换热部分一包括各个回流和产品的换热器、蒸汽发生器、冷凝冷却器等设 备以及相应的输送泵和泵的封油、冲洗油设施。 吸收稳定系统 分馏系统送来的低压富气中含有轻汽油和液化石油气组分,粗汽油中也含有干气 和液化气组分,必须进一步分离成干气、液化气和稳定汽油三种产品,并保证其质量 合格。方法是加压下吸收、脱洗和汽油稳定。 根据上述任务,吸收稳定系统由以下三部分组成: ( 1 ) 富气压缩机部分一包括把0 1 _ 0 2 m p a ( 表) 的富气加压到1 0 1 6 m p a 的 离心式压缩机组和相应的润滑油、封油以及中间冷凝器、油气分离器和凝缩油罐。 ( 2 ) 气体吸收部分一包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔以及有关的重沸器、换热 器、冷却器和泵。 ( 3 ) 汽油稳定部分一包括稳定塔以及有关的重沸器、换热器、冷凝冷却器、回 流罐和泵。 产品精制系统 从吸收稳定系统褥到的产品干气中含有硫化氢、液化石油气和汽油中含有硫化氢 和硫醇,这些产品要精制后才能送出装置。 通常采用的方法为乙醇胺脱硫、碱洗和催化氧化脱硫醇等。为此目的本系统要有 以下三部分: ( 1 ) 干气脱硫部分一包括吸收塔、再生塔和有关的重沸器、换热器、冷凝冷却 器以及相应的泵。 ( 2 ) 液化石油气精制部分一一包括碱洗脱硫和催化氧化脱硫醇设备。 ( 3 ) 汽油精制部分一一包括碱洗脱硫和和催化氧化脱硫醇设备。 2 2 催化裂化装置工艺原理 1 、催化裂化反应原理 重油及其馏分油的催化裂化反应是在催化剂的作用下,选择适当的操作条件,使 其进行化学反应,生成气体、汽油、柴油和焦碳的过程。其化学反应为正碳离子反应。 混合原料油经过原料泵加压后通过原料喷嘴,在雾化蒸汽的作用下形成细小油滴 东北大学硕士学位论文 第三章相关积分优化方法简介 进入提升管反应器,与再生好的高温高活性低碳再生催化剂接触气化发生化学反应生 成油气和焦碳,焦碳吸附在催化剂表面。油气和催化剂进入提升管快分系统,将油气 和催化剂分离。分离后的油气进入顶旋,进一步将油气中携带的催化剂粉末分离。反 应油气经顶旋进入沉降器内集气室后,经过油气管线进入分馏单元进行分离。经过旋 分分离后待生催化剂从旋分料腿出来后进入沉降器底部气提段,在汽提蒸汽作用下, 将待生催化剂携带的油气最换出来。汽提后待生催化剂进入再生器,在高温含氧条件 下,将催化剂的焦碳烧净。恢复初始活性的再生催化剂重新进入提升管参加反应。 2 、分馏原理 蒸馏是把完全互溶而沸点不同的液体混合物分离开的一种物理过程。分馏系统主 要是根据气液平衡原理把反应油气混合物按照沸点的不同,将其切割成富气、汽油、 轻柴油、回炼油和油浆等馏分。 从反应来的高温油气进入分馏塔底部,与返塔的油浆在人字挡板处逆流接触,进 行脱过热和洗涤催化剂。之后油气在分馏塔内从底部进入中上部,将冷凝冷却到饱和 状态的油气混合物在分馏段分成几个中间产品。塔顶为粗汽油和富气,侧线有轻柴油 和回炼油,塔底为油浆。为了分段取走高温油气过剩热量,分馏塔设有顶循环回流系 统、吸收油系统、一中段回流系统和塔底油浆系统。 3 、吸收稳定原理 吸收稳定系统的任务是加工来自分馏塔顶油气分离器的粗汽油和富气,分离出于 气,并回收稳定汽油和液化气等合格产品。它包括吸收过程、解吸过程和精馏过程。 吸收和解吸过程是根据不同气体在液体溶剂中溶解度的不同而实现气体混合物分离的 过程,属于物理过程,主要分离c 。和c 。稳定系统属于精馏过程,主要是把液化气和 汽油进行分离。 4 、烟气能量回收机组原理 本装置电机、主风机和烟机采用三机组同轴布置。从再生器来高温低压烟气进入 烟机后膨胀作功,烟机回收能量后,带动主风机运转,减少电机耗电节能。 5 、余热炉原理 高温烟气从再生器出来后分为两路,一路进烟机作功后与经双动滑阀与另一路烟 气混合后约5 0 0 。c 左右的高温烟气进入余热炉,分别与水、蒸汽换热,产生4 2 0 。c 、 3 5 m p a 的中压蒸汽。高温烟气经过逐级冷却后,通过烟囱排入大气。 6 、液化气脱硫原理 r 查些垄兰竺主兰堡箜圭 苎三主塑墨塑坌些些查堂堑坌 本装置采用碱洗脱硫化氢,梅洛克斯碱液洗涤工艺脱硫醇。 h 2 s + 2 n a o h + n a 。s + 2 h :0 7 、汽油精制原理 催化剂 硫醇在催化剂和强碱作用下被空气中的氧氧化生成二硫化物并溶于汽油中,从而 脱除了臭味。 磺化钛氰钴 反应式为:2 r s h + 1 2 0 z i 丽百菠话 r s s r + h 。o 本装置采用碱洗脱硫化氢,梅洛克斯碱液洗涤工艺脱硫醇。 h :s + 2 n a o t t n a z s + 2 h 2 0 催化剂 8 、酸性水汽提原理 利用氨和硫化氢在水中溶解度和挥发度不同,来回收硫化氢和氨,由于高温利于 铵盐水解,塔底用重沸器加热汽提。塔顶采用低温( 4 0 。c ) ,加压0 6 m p a ( 表) 的条 件使氨重新溶解于水中,从而获得较高浓度的酸性气。塔中部( 1 7 、1 9 层) 抽出较高 纯度的气体氨,塔底抽出的是净化水。 9 、氨精制原理 富氨气中含有的硫化氢和水蒸汽在o 。c 以下时,硫化氢大部分溶于水中,丽水蒸 汽此时凝结成冰从而与氨气分离,达到第一步精制,精制后的氨气再经过吸附剂( j x l 脱硫剂) 的吸附,进一步脱除氨气中的硫化氢。经过两段精制后的氨气,利用其 在低温高压下处于液态的性质,将氨气经过压缩冷凝后制成液氨,存储于液氨罐中。 2 3 催化裂化装置优化控制的发展及现状 自6 0 年代流化催化裂化在我国诞生开始,我国石油炼制工业中的自动化技术获得 新的动力,并随催化裂化装置的建设同步迅速发展。6 0 年代,首先在我国石油炼制工 业中采用气动单元组合仪表( 如抚顺石油二厂、大庆石化总厂、齐鲁石化公司胜利炼 油厂) 。6 0 年代末,燕山石化公司炼油厂首先采用隔爆的i i 型电动单元组合仪表。 7 0 一8 0 年代,本质安全防爆的i 型电动单元组合仪表,以微处理器为基础的智能化仪 表如可编程调节器、可编程逻辑控制器( p l c ) 、微机监控和数采系统、集散控制系统 ( d c s ) 等,在催化裂化装置中相继使用。9 0 年代,d c s 、p l c 各种智能化仪表及智能 变送器,紧急停车系统( e s d ) 迅速成长和推广。先进控制、优化控制、专家系统、仿真 培训和流程模拟优化等先进技术的引进和开发应用,也大都以催化裂化装置为舞台。 东北大学硕士学位论文 第三章相关积分优化方法简介 自1 9 6 4 年国家科委决定在兰州炼化总厂和高桥石化公司炼油厂常减压蒸馏装置上分 别开始进行电子计算机控制生产过程的应用试点起,掀开了用电子计算机装备我国石 油炼制工业的新篇章。 催化裂化装置是炼油工艺技术成果最多,成果转化最快的领域,也必然是自动控 制技术和装备发展最活跃的领域。同时,由于催亿裂化生产过程的工艺机理复杂,操 作条件苛刻,因此,在催化裂化装置上采用计算机控制是一项复杂而又艰难的工作。 以d c s 为代表的过程控制计算机系统的出现,控制理论、数学模型、人工智能的 发展,8 0 年代开始了在催化裂化装置实施优化控制的新篇章。我国在催化裂化的优化 控制方面取得了一些进展,目前在很多催化裂化装置上都实施了优化控制,尽管有许 多问题还需要进一步的完善,但是优化控制是进一步发挥d c s 潜力,使催化裂化装置 取得更大经济效益的必由之路。 8 0 年代初,石油化工科学研究院与大庆石油学院为兰州炼油厂同轴式f c c u 开发 了计算机模拟优化软件,进行装置的模拟优化控制,取得较好的经济效益。1 9 8 8 年石 家庄炼油厂从美国p r o f i m a t i c 公司引进一套f c c u 模拟软件,并用较长的时间对装置 进行离线模拟计算和优化指导,取得了一定经济效益。北京设计院对此软件进行二次 丌发,为燕山石化公司东方红炼油厂、荆门石化总厂等炼油厂进行了离线模拟计算和 操作优化指导,也取得了较好的经济效益。 上述这类f c c u 模拟优化控制软件都是基于催化裂化反应一再生动力学原理,建立 相应的数学方程,然后对其求解。只有对f c c u 的反应一再生过程进行针对反应温度、 回炼油比、催化剂循环量、热平衡、物料平衡等进行严格的模拟,才可以得到真正能 代替实际装置的反应一再生过程。在此基础上,对数学模型的优化才能代表实际装置 的操作优化,所得结果才能符合装胃的实际结果。关于最优化方法可以采用线性优化 和非线性优化。当然,线性优化要比非线性优化简单的多,但它只适用于操作变量变 化幅度很小的情况,由于反映规律的非线性,所以在操作变量变化幅度较大时,则必 须采用非线性最优化方法。 除了模拟优化方法处理f c c u 装置的优化操作外,另外还有一神被称为模式识别的 方法进行f c c u 的离线调优。这种方法不具体考虑催化裂化的内在反应机理,而是直接 从中找出各个影响因素对目标值的贡献大小,从而找出优化调节变量及优化趋势,用 以指导生产。它是基于装置的历史数据,根据大量的操作条件和产品产率的数据,通 过数学处理进行“聚类”,把产率好的,经济效益高的聚为一类,把经济效益中等的、 1 0 东北大学硕士学位论文 第三章相关积分优化方法简介 差的也聚为不同的类投影在二维图上,把经济效益好的都聚集在二维图的某一区域内, 再由二维图还原到原来的操作变量,依据此操作变量进行操作,提高装置的经济效益。 这种方法属于经验型的统计方法,它的使用范围应是在过去操作过的范围内,对于从 未操作过的领域或未曾加工过的原油此方法一般无能为力。这种方法的效益是显而易 见的,即它能使装置经常处于过去操作经验中最佳效益状态。装置的生产过程中,每 天都产生大量的操作数据,靠人的经验或人工进行这样大量数据的处理和分析几乎是 不可能的,而计算机弥补了人脑的不足,可以完成这样的运算功能。 1 9 9 1 年胜利炼油厂从美国s e t p o i n t 公司引进先进控制技术用于f c c u 反应一再生 系统和分馏塔实施闭环控制试点。由于准备充分,s e t p o i n t 公司的生产过程先进控制 软件工程化、商品化、规范化水平比较高,而且有一套很严格的项目工作程序( 其工 作过程大致分为六步:即项目研究、功能设计、详细设计与编程、系统装入、现场运 行调试和技术服务) ,各步工作衔接好,效率很高。在这套装置上引进的先进技术主要 是多变量预测控制,s e t p o i n t 公司提供了个商品化的软件包一i d c o m - m ,此外还有 n f o p l u s a 实时数据库和g c s 图形控制台。其采用的先进控制共有5 个控制方案: 1 、反应再生系统的反应深度,再生烧焦和压力平衡的多变量预测控制。 2 、汽提蒸汽催化剂循环量比值控制。 3 、分馏塔顶粗汽油干点压力补偿温度控制。 4 、轻柴油的压力补偿温度控制。 5 、分馏塔底油浆回流约束控制。 在胜利炼油厂进行的催化裂化先进控制试点工作,不仅取得了显著的经济效益, 还积累了宝贵的经验。 在引进f c c u 先进控制技术的同时,为了积聚国内的技术力量从事f c c u 模拟优化 和先进控制的开发工作,达到工程化应用的要求,缩小与i n 夕i - 的差距,中石化总公司 1 9 9 1 年上报国家计委将“催化裂化( 反再、分馏系统) 优化控制技术开发”确定为国 家“八五”重点科技攻关项目。经过几年的努力,取得了较好的效果。 1 、洛阳石化工程公司与华东化工学院合作,在吸收国外模型的基础上,开发了十 一集总动力学模型f c c l k 和十三集总动力学模型,该模型考虑了我国催化裂化 回炼油比大和大量掺渣的工况。锦西炼化总厂等利用f c c l k 模型对催化裂化工 艺操作条件进行优化,提高了反应温度,减小了回炼油比,降低了生焦率, 再生催化剂含碳量也从0 6 降到0 3 。优化操作改善了产率分布,汽油收率 ,1 1 , 塞苎查垩壁主兰堡笙圭 笙三主塑墨塑坌垡些查堂堂坌 提高,轻柴油收率也有所提高。 2 、高桥石化公司炼油厂与浙江大学合作开发了f c c u 计算机递阶优化控制系统, 该系统由反应再生系统的分散鲁棒控制,实时优化专家系统,粗汽油于点在线 估计和控制,汽油蒸汽压在线估计和控制以及故障诊断专家系统五个子系统组 成,曾取得显著的经济效益。 3 、前郭炼油厂与石化科学研究院、大庆石油学院、兰州炼化总厂合作,在d b l f c c 软件的基础上进一步开发f c c u 计算机模拟优化控制系统,实现了反再系统中反 应温度、重柴油流量和粗汽油干点闭环控制,受到了较好的效果,轻油收率提 高了1 4 9 个百分点,液化气和干气收率减少0 8 9 个百分点。 目前,国外有许多自动化软件公司纷纷跻身于f c c u 的先进控制和优化控制软件市 场,将f c c u 先进控制和优化控制这类软件商品化和工程化,能提供f c c u 优化控制技 术的比较知名的厂商有: l 、s e t p o i n t ( 美) 的多变量动态预测约束控制软件( i d c o m _ _ m ) 和过程控制软件 ( s e t c o n ) 等。 2 、p r o f i m a t i c s ( 美) 的p c - - f c c r 。 3

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论