[发明专利]一种乙烯装置中控制裂解炉裂解深度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙烯装置中控制裂解炉的方法，特别地，涉及一种乙烯装置中控制裂解炉裂解深度的方法。

背景技术

乙烯装置是石油化工生产有机原料的基础，是石油化学工业的龙头，它的生产规模、产量和技术标志着一个国家石油化学工业的发展水平。裂解炉是乙烯装置的核心部分，裂解炉的操作至关重要，它决定了装置其它部分进料量和组成，且任何操作波动都可导致结焦增加，运行周期缩短，即能耗高且维护费用大。二十世纪80、90年代，所有的乙烯工厂均逐步用集散控制系统(DCS)取代了传统的电动仪表，显著提高了自动化水平。但自动化方面的投资与工厂获得的实际效益并不是线性正比关系。DCS的投资很高，但其功能并没有充分发挥(通常只是PID功能)，只是稳定性及可靠性改善了，但大部份应得到的效益并未拿到，要想进一步发挥装置效益，必须倚靠先进控制技术。先进控制(Advanced Process Control，简称APC)是对那些不同于常规控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称。先进控制与实时优化是基于机理分析动态数学模型的技术，需要将生产工艺、系统与控制理论和计算机技术结合起来，促进生产技术的不断发展。从1960年至今，对乙烯生产过程的先进控制和优化技术进行了大量的理论和应用研究。从20世纪70年代末80年代初开始进行先进控制技术的商品化软件开发及应用，在DCS的基础上实现先进控制和过程优化，并针对一些复杂工业过程进行应用研究以模型预测控制为例，从算法第一次公开发表至今已走过了三代。第一代以Adersa的IDCOM和Shell Oil的DMC为代表，算法针对无约束多变量过程。第二代以Shell Oil的QDMC为代表，处理约束多变量过程的控制问题。第三代的产品包括Adersa公司的Hiecon，ASPEN Tech公司的DMC Plus和Honeywell公司的RMPCT等产品的算法增加了摆脱无可行解的办法，并具有容错和多个目标函数等功能。

二十世纪九十年代以来，在模型预估控制的基础上，适应变结构过程的多变量约束协调与优化控制技术在石油化工过程中得到越来越多的应用，将控制与部分参数的“卡边”优化实时地协调起来，为进一步提高效益开创了一条新路。模型预估控制是近二十年来先进控制的一个突破点，其中一个原因是基于动态数学模型。但由于采用过程输入输出数据建立数学模型，而非机理分析，使其应用和提高受到一定限制。

先进过程控制(APC)技术在乙烯生产过程中用得最成功的是当属动态矩阵控制(DMC)法，代表产品是AspenTech公司的DMCPlus。另外，Honeywell公司的Profit Suite也是著名的先进控制及优化技术软件包。

严格的烃类裂解反应数学模型是使过程控制与过程设计一体化、在过程设计的同时给出先进控制与闭环实时优化系统设计的基础，是实现裂解装置先进控制与优化操作的基础，比如AspenTech公司就是以SPYRO软件作为裂解炉模拟模块，为先进控制提供操作指标(如裂解深度等)和约束变量。裂解生产过程机理动态数学模型的开发和应用，着重于因果关系，将变量分为输入(原因)变量、状态或输出(后果)变量，采用单向性的信号流图和反馈，使裂解过程中重要不可实测变量的在线计算适应动态变化，实时监测系统的运行状态并进行优化控制。

先进控制技术应用于生产过程中的目的是提高操作平稳性、产品质量合格率、提高目的产品收率和提高装置处理能力、优化产品分布、节能降耗、延长开工周期、提高装置效益。乙烯裂解装置先进控制最重要的目标之一就是裂解深度(或称为裂解选择性)控制，因此必须由裂解炉的模型计算得到，模型计算的精度直接影响到控制的水平，严格、准确的数学模型则是先进控制的关键所在。

另外，在中国专利公开号为CN200510025043.6的专利文献中所述，揭示了其软测量模型是以工业装置在线分析仪器的数值作为输出值建立的，但是工业装置应用的在线分析仪器稳定性的保持一直是业内的一个难题。如果在线分析的数据可以保证准确，可以直接使用在线分析数据指导控制系统的调整、控制，不需要再开发软测量技术作为数据指导。而且，由于工业常规操作情况下，在一定时间周期内原料性质和工艺条件都有大的变化，因此采用该方法建立的软预测模型，其适用范围受到了很大的局限。

本发明公开了一种面向石油化工企业乙烯裂解炉的裂解深度在线预测、优化控制的方法，其中包括针对不同裂解原料建立的裂解深度预测模型、优化模型以及基于该模型的在线深度实时优化控制技术。采用本技术后，可以根据原料性质、优化目标的变化，实时调整操作工艺条件，使装置在优化的工艺条件下运行。