[發明專利]一種工業裂解爐生產操作的自動在線控制方法

無效

• 申請號: 201010204479.2
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN102289198A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 杜志國;張兆斌;李蔚;張利軍;張永剛;巴海鵬;周叢;王國清
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;C10G9/20
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明涉及乙烯工業裂解爐，更具體的，涉及乙烯裝置中裂解爐生產操作優化的在線自控方法。

背景技術

目前，世界乙烯總產量的99％都是通過裂解爐以蒸汽裂解方式生產的，當前和未來新增加的乙烯產能也主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來生產的。裂解爐是生產乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等基礎有機化工原料的主要裝置，裂解爐能耗占到整個乙烯生產裝置的70％以上。

近年來，隨著對乙烯、丙烯等基礎有機化工原料需求急劇增加，乙烯生產企業在原有生產裝置的基礎上進行裂解爐改擴建，乙烯生產能力得到顯著提高，而裂解原料來源——煉油裝置生產能力卻沒有得到相應增加。隨著原油價格的攀高和波動，為了降低生產成本，煉油廠購買的石油產地分布廣泛，導致煉油裝置生產的裂解原料物性變化頻繁，有時甚至因石腦油等傳統裂解原料的供應不足，乙烯生產企業被迫補充其他油品作為裂解原料，如加氫裂化柴油等。依據不同的裂解原料來選擇合適的乙烯生產操作，提高乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等裂解產物收率，減少原料和燃料消耗，降低生產成本，提高經濟效益，成為乙烯生產企業的迫切要求。

在蒸汽裂解裝置生產的過程中，除了裂解原料之外，影響裂解產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/O)以及進料量(Foil)。對不同的裂解原料，即使采用相同的裂解爐和操作條件，其裂解產物收率分布不同；即使對于同一種裂解原料，使用不同的裂解爐操作條件，其裂解產物收率分布也不同。因此在裂解爐生產過程中，往往針對裂解原料物性，優化裂解爐操作條件，選擇合理的操作條件，使乙烯、丙烯等裂解產物收率達到最優，或者生產市場要求量較大生產經濟附加值較高的裂解產物，從而降低原料和能量消耗，降低生產成本，是乙烯生產企業面臨的一個難題。

在裂解爐研究、設計、開發過程中，裂解爐專利商和科學院所根據石油烴熱裂解化學反應過程開發半機理半經驗模型和機理模型，并將其開發成裂解爐模擬軟件，包括如TECHNIP公司的SPYRO、LUMMUS的PYPS、CRACKER、CRACKSIM、FIHR，用于模擬計算裂解產物收率，其中APSEN公司將SPYRO軟件融入其開發的裂解爐先進控制技術，對乙烯裝置進行操作優化，并在工業裂解爐得到應用。此外，還可利用工業裝置或者試驗裝置的數據開發石油烴熱裂解反應動力學模型，如中國專利CN1686973提出裂解爐裝置進行先進行控制的一種方法，通過神經網絡模型建立原料密度、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系模型。中國專利CN1150300提出了將CN1686973中的關系模型應用于乙烯裂解爐的智能控制，通過控制原料裂解深度的平穩使得各操作參數進行合理的選取，并保持后面工段的操作的穩定。上述方案提出了通過控制裂解原料的裂解深度的平穩，使裂解爐生產保持平穩，卻忽略乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等一種或者幾種裂解產物收率是否處于最優狀態，或者市場需要的經濟附加值較高的裂解產物的收率是否達到最有狀況，從而無法判斷其生產經濟效益是否達到最優。

中國專利CN1456895A、CN2519911Y、CN201173877Y提出了從裂解爐廢熱鍋爐或者裂解爐引出一股裂解氣物流，通過對裂解氣進行冷卻等處理實現了裂解氣在線的取樣，并提出了取樣的裝置設備。通過該方法可以離線或者在線分析裂解氣組分，尤其是甲烷、丙烯或者乙烯、丙烯含量，從而可以計算裂解深度，根據裂解深度來控制裂解爐操作變量，如原料進料量、稀釋蒸汽量、爐管出口溫度。

在傳統的裂解爐控制方法中，裂解深度并不能反映出主要裂解產物收率的情況，實現平穩控制卻不能實現裂解產物收率優化控制。為了克服以上現有裂解爐控制方法的缺陷，本發明通過裂解產物收率來控制裂解爐的生產操作。本發明了單臺裂解爐裂解產物收率標定的方法，能夠高效及時地獲取單臺裂解爐裂解產物的收率分布情況。另外，本發明包含一套相關的計算機系統，將裂解原料物性分析結果和裂解爐DCS系統中的操作變量輸入該計算機中模擬優化程序中，裂解爐裂解產物收率優化程序根據裂解原料物性、原料進料量、稀釋比、優化裂解產物(如丙烯+乙烯，乙烯+丙烯+丁二烯+苯+甲苯+二甲苯等)計算出優化裂解產物收率最大的裂解爐輻射段出口溫度以及裂解產物收率，并與標定結果進行比較，如果偏差絕對值保持在0.005則對COT不進行調整，若超過0.005則將優化后的COT寫入裂解爐DCS系統，以及實現裂解爐裂解產物收率的優化生產操作控制。本發明從乙烯裝置的龍頭——裂解爐開始，對每臺裂解爐的生產操作進行優化，從而實現了對整個乙烯廠的生產優化。

發明內容