相关积分法催化裂化在线优化控制系统技术方案

本发明专利技术涉及催化裂化过程的优化控制方法，属于过程先进控制技术领域。本发明专利技术的优化控制系统从催化裂化装置的ＤＣＳ基本控制器中读取温度、压力、液位、流量等测量信息，采用相关积分方法，每分钟计算一次装置的反应温度、预提升蒸汽流量、原料油换热温度、掺渣比、回炼油比、油浆回炼比、新催化剂加入量等调控变量间的相关积分，以及各变量与目标函数间的相关积分。优化控制系统根据这些相关积分值，定期计算一次各调控变量的最佳给定值送往基本控制器执行。如此循环往复，完成两级闭环优化控制系统，改变以往靠再生阀控制反应温度或反应热的方法。本发明专利技术具有极强的自适应性和抗干扰能力，控制性能稳定，可以提高轻质油受率，经济效益显著。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Online optimization control system of FCC based on correlation integral method

The invention relates to a method for optimizing control of catalytic cracking process, belonging to the field of advanced process control technology. The basic DCS controller optimization control system of the present invention from catalytic cracking device reads the temperature and pressure, liquid level, flow measurement information, using correlation integral method, calculating a reaction temperature, steam flow, pre lifting device of raw oil heat temperature, slag ratio, oil ratio, oil slurry recycle ratio the new catalyst amount control variables of the correlation integral per minute, and the correlation integral between variable and target function. According to these correlative integral values, the optimal control system calculates the best given value of each control variable periodically and sends it to the basic controller to perform. Thus, the two stage closed loop optimization control system is completed, and the reaction temperature or the reaction heat controlled by the regeneration valve is changed in the past. The invention has the advantages of strong adaptability and anti-interference ability, stable control performance, improved light oil receiving rate and remarkable economic benefit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及催化裂化过程的优化控制方法，属于过程先进控制
对催化裂化装置的优化控制采用相关积分法，在此基础上，实现了对产品收率和装置整体经济效益的闭环优化控制。催化裂化是原油二次加工的重要装置，其过程的优化控制是进一步提高操作水平的重要手段。催化裂化过程以原油中的重组分----蜡油、常压渣油、减压渣油等为原料。在催化剂的作用下，通过裂化反应将重组分分裂成轻组分，转化为干气、液化气、汽油、柴油和焦炭等产品，未转化部分再次送回到反应器参加反应(称为回炼油)。通常催化裂化反应过程包括反应、沉降、再生、分馏和吸收稳定等步骤。进料有喷嘴进入反应管，与从再生器过来的高温催化剂混合后迅速汽化。汽化后的气体夹带着催化剂沿反应器上升，进入沉降器，在上升的同时完成吸热的裂化反应，反应中产生的焦炭附着在催化剂表面，使其失去火星。反应后的油气在沉降器内与催化剂分离，油气进入分离塔，催化剂则进入再生器烧焦。再生器是一流化床反应器，底部进主风，使催化剂流化进行烧焦反应，恢复催化剂的活性(称为再生)。再生后的催化剂沿管线经再生滑阀进入反应器循环使用，而烧焦产生的热量也由催化剂带入反应器供裂化反应用。反应后的油气在分馏塔分离，气体和汽油由塔顶出去，经冷却进入粗汽油罐，再分离为气体(富气)和液体(粗汽油)。富气和粗汽油经管线至稳定吸收部分。分馏塔分离出的轻柴油则直接由塔中抽出，油气中未转化部分(回炼油)一部分进入回炼油罐，较重的部分则落在塔底(塔底油浆)。粗汽油和富气经吸收稳定系统的稳定吸收后，最终形成干气、液化气和稳定汽油等产品。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、见效快的一种好方法，因而有着重要的研究和应用价值。现有的催化裂化操作控制方法有再生滑阀→反应温度(提升管出口温度)自动控制法；待生滑阀(从沉降器到再生器的催化剂管线上的控制阀)→沉降器料位自动控制法；塔底油浆抽出量调整再生器温度法等。并且有一些离线调优系统及在线微机监控或优化控制系统，例如多变量预测控制系统等。秦瑞歧在“我国催化裂化的计算机过程控制的发展”(石油炼制与化工，1994，25(5)1-12)中综述了这些系统的特点，其核心是已有的这些催化裂化控制及调优方案是以控制反应温度为主。但事实上，由于催化裂化是一化学反应过程，对装置操作和产品分布影响最大的是反应深度，而反应温度受多种因素影响，并不能完全代表反应深度，因此用反应温度调优实际效果并不理想。为了解决这一问题。石油大学袁璞在在《催化裂化反应深度的观测与控制方法》的专利技术专利(申请号90108193.0)中提出了一种反应热控制方案，但因为反应热本身与原料性质关联，因此此方案不适合原料性质变化频繁的装置，同时因反应热不可测，也比较抽象，故此方案实施难度较大。本专利技术的目的在于提供一种以装置的反应温度、预提升蒸汽流量、原料油换热温度、掺渣比、回炼油比、油浆回炼比、新催化剂加入量为调控变量的闭环优化控制系统。相关积分法在线优化控制系统的基本原理是在流程型生产装置的在线优化控制系统中，应用相关积分方法以实时测量的变量值计算优化变量与目标变量的互相关积分，并求出目标函数的梯度，进而计算出调优变量的新给定值，由装置的基本控制器实施调节，从而使目标函数在满足约束条件下达到最大，实现对生产装置的实时优化控制。相关积分法在线优化控制系统的关键技术是相关积分理论。相关积分是一种与随机过程有关运算，在相关积分法理论中，目标函数、干扰、优化变量被视为随机过程，而优化变量为均值可控，一般地可以表达为J~(t)=f(u~(t),p~(t),t)]]>其中 为m维均值可控的调优变量， 为干扰，f为未知映射。最优目标函数定义为J~*(t)=maxE{u~(t)}E{f}]]>这里， 为调优变量的均值，它可以是基层控制器的设定值或阀位等。对于单变量的优化问题，可以证明，在一定条件下目标函数均值对调优变量均值的梯度dEfdE{u~(t)}]]>满足下式KuJ=KuudEfdE{u~(t)}+ϵ(t)]]>式中，ε(t)是均值为零的噪声项，而KuJ是调优变量与目标函数间的互相关积分，Kuu为调优变量自相关积分，如下所示KuJ(T,M)=∫-MM12T∫-TTu(t-τ)J(t)dtdτ]]>Kuu(T,M)=∫-MM12T∫-TTu(t-τ)u(t)dtdτ]]>T，M＞0为常数上述公式中，u(t)，J(t)分别为调优变量和目标函数的测量值。可见KuJ，Kuu能够通过调优变量和目标函数的观测值计算得到，于是根据公式KuJ=KuudEfdE{u~(t)}+ϵ(t)]]>可用最小二乘法估计目标函数的梯度dEfdE{u~(t)}.]]>在算得目标函数的梯度后，可以用直接迭代计算调优变量的新设定值us(l+1)us(l+1)=us(l)+adEfdE{u~(l)}]]>式中，a为一个常数。这种迭代过程在线持续进行，直至梯度为零。对于多变量的优化问题，理论分析也可以得到类似的结果。本专利技术的闭环优化控制系统为二级控制方式。优化控制器从催化裂化生产装置的DCS基本控制器中读取所须的测量信息，采用相关积分方法，每分钟计算一次各变量间的相关积分，以及各变量与目标函数间的相关积分。优化控制器根据这些相关积分值，定期计算一次调控变量的给定值送往基本控制器执行。如此循环往复，实现在线闭环优化控制，提高了装置操作的自动化程度，基本不需操作工干预，操作和维护更加容易进行。同时由于优化系统本身有故障诊断系统及一系列安全保障措施，故当装置出现以外情况，如仪表失灵等均能切换为常规控制，保障安全。附图说明图1为本专利技术的优化控制结构图。图2为本专利技术的具体实施例结构框图。下面结合具体的实施方案及其控制过程对本专利技术做进一步说明。上海炼油厂一号催化裂化的工艺流程如图3所示。总进料控制系统从图3的工艺流程可以看到，一号催化裂化提升管反应器的总进料由蜡油+一段油，减压渣油，常压渣油，回炼油和回炼油浆五路构成。在原有的控制系统中，这五路进料由各自的单回路流量控制，互相独立。这样当其中一个流量，例如蜡油流量改变时，重要的工艺参数如掺渣比，回炼比，回炼油浆比等不能自动保持不变。为了使优化系统能在各种工况下稳定地工作，使各重要操作参数不会相互影响，需要对原系统的反应器总进料控制进行改造。修改后的控制系统由以下子回路组成1. 反应器总新鲜进料量控制2. 进料掺渣比控制3. 回炼油比值控制4. 回炼油浆比值控制以上各变量能保持相互独立，其中任意一个的给定改变时，其它变量能自动保持恒定。1.反应器总新鲜进料量和掺渣比控制反应器总新鲜进料量控制系统结构如图4所示。蜡油+一段油流量给定，减压渣油流量给定由总新鲜进料量控制计算模块计算而得。常压渣油流量给定，装置处理量和掺渣比由人工给定或来自优化控制器，总新鲜进料量控制计算模块依据常压渣油流量测量值本文档来自技高网...

【技术保护点】
相关积分法催化裂化在线优化控制系统，其特征在于：在催化裂化装置的在线优化控制系统中，应用相关积分方法以实时测量的变量值计算装置是否处于最佳操作状态下，并依据计算的结果调节装置的反应温度、预提升蒸汽流量、原料油换热温度、掺渣比、回炼油比、油浆回炼比、新催化剂加入量等优化变量，从而使装置的目标函数（液态烃产率、汽油产率、柴油产率或装置的整体经济效益等）在满足约束条件下达到最大，实现催化裂化装置的实时优化控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，
申请(专利权)人：王建，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]