[發明專利]一種工業裂解爐生產操作的自動在線控制方法

有效

• 申請號: 201010204480.5
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN102289199A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 杜志國;張利軍;張永剛;張兆斌;李蔚;王國清;周叢;巴海鵬
• 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
• 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。

在裂解爐生產操作過程中，除了裂解原料之外，影響裂解產物收率的因素為進料量(Foil)、蒸汽量(DS)或稀釋比(蒸汽量/進料量，RW/O)、裂解爐輻射段爐管出口溫度(COT)。對于物性不同的裂解原料，即使采用相同的裂解爐和操作條件，則其裂解產物收率分布不相同；即使物性相同的裂解原料，使用不同的裂解爐或者操作條件，其裂解產物收率分布也不相同。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，使經濟價值或者經濟附加值較高的裂解產物(如乙烯、丙烯等)收率達到最大，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。

工業裂解爐通常通過裂解深度實現裂解爐平穩操作，裂解深度通常是丙烯與乙烯或甲烷與丙烯的重量比。中國專利CN1456895A、CN2519911Y、CN201173877Y提出從裂解爐廢熱鍋爐出口引出一股裂解氣物流，通過對裂解氣進行冷卻等預處理實現裂解氣在線取樣或者利用在線色譜進行在線分析。對于在線取得裂解氣樣進行離線分析或者由在線色譜分析獲得裂解氣中氫氣、甲烷、乙烯、丙烯的含量，從而可以計算裂解深度，通過控制裂解深度來控制裂解爐操作變量(原料進料量、稀釋蒸汽量、爐管出口溫度)，從而實現裂解爐的平穩操作。

在裂解爐研究和設計過程中，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石油烴熱裂解反應半機理半經驗模型或機理模型，并將其編制成裂解爐模擬軟件，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。

利用工業裝置或者試驗裝置的數據可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深度的平穩使裂解爐生產保持平穩，卻忽略經濟價值或者經濟附加值較高的裂解產物(乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等一種或者幾種)的收率裂解產物收率是否處于最優狀態。

工業裂解爐裂解產物有上百種，但乙烯裝置生產的最終裂解產品數量有限，通常不會超過十幾種，而裂解產品在市場上以一定的價格出售，并受供求關系影響。烯烴生產企業的裂解爐年生產能力不同，乙烯裝置生產的裂解產品存在較大的差異：乙烯年產量小于30萬噸的生產企業，裂解產品主要為乙烯和丙烯；乙烯年產量大于等于30萬噸的生產企業，裂解產品主要為乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴。除了乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯這些主要裂解產品之外，烯烴生產企業還生產氫氣、碳四餾分、裂解汽油、裂解柴油、燃料油等含有一定經濟價值或者經濟附加值的副產品。

近年來，石油價格在較大范圍內振蕩，裂解產品價格隨之振蕩。裂解產品價格除了受原料的價格影響之外，還受市場供需關系的影響，供不應求的裂解產品價格較高，而供大于求的裂解產品價格較低。在裂解爐生產操作過程中，收率較高的裂解產品價格未必較高，收率較低的裂解產品價值較低。因此，裂解爐操作僅僅以雙烯或三烯三苯為主要裂解產品而忽略其他副產品的價值和裂解產品市場價格波動不能使生產企業的經濟效益達到較高水平，因此裂解爐操作應該充分考慮每一種裂解產品的市場價值，應該根據裂解產品的市場供需關系和價格來指導裂解爐生產操作，使裂解爐生產的裂解產品的總價格達到最大，從而使生產企業的經濟效益達到最大化。