CN103049011B - 一种氢炔比控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢炔比控制方法及系统。该方法包括以下步骤：1)检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；2)根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％；3)根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，进而根据所述氢气流量设定值Fs来控制氢炔比。利用本发明的技术方案，能够对选择加氢过程中的氢炔比实现精确控制，大大减轻了操作人员的劳动强度，且确保了反应的安全进行。

Description

一种氢炔比控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种氢炔比控制方法及系统。

背景技术

乙烯、丙烯是重要的石油化工原料，通常采用烃类蒸汽裂解的方法生产。烃类蒸汽裂解得到的裂解气是含有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丙炔、丙二烯、混合碳四、混合碳五、裂解汽油等的混合物。为满足下游加工产品的需要，通常要求对裂解气进行分离、精制以生产乙烯、丙烯、丁二烯等产品。在裂解气分离过程中，乙炔富集于碳二馏分，丙炔(MA)和丙二烯(PD)富集于碳三馏分。乙炔含量通常在碳二馏分中占0.5％-2.5％，MAPD通常在碳二馏分中占1.0％-5.0％。在工业生产中乙炔、丙炔和丙二烯(MAPD)通常采用催化选择加氢的方法去除。

图1示出了一个典型的碳二选择加氢除乙炔的流程。在图1中，一段反应器1和二段反应器2中装填选择加氢催化剂。

碳二馏分经预热后，与经过计量的氢气混合，进入一段反应器1，在一段反应器1中，部分乙炔与氢气发生反应，生成乙烯和乙烷；一段反应器1的产物经冷却后，再与计量的氢气混合，进入二段反应器2，在二段反应器2中，全部乙炔与氢气发生反应，生成乙烯和乙烷。

衡量在上述加氢过程中，有2个关键控制指标：即催化剂的活性和选择性。

催化剂的活性以一段反应乙炔转化率和二段出口物料中乙炔含量来衡量，通常情况下，一段转化率要求达到60％至80％，二段出口物料中乙炔含量要求小于10-10质量分数。催化剂的选择性表示的反应掉的乙炔生成乙烯的比例，选择性越高表明得到的乙烯越多。转化率和选择性的定义如下：

生产过程中，随着反应时间的延长，催化剂的活性和选择性都会逐步下降，因而需要调整入口温度、入口氢炔比(氢的物质的量的分数/乙炔物质的量的分数)来进行工艺优化，以期在保持催化剂活性的同时，保持催化剂较高的选择性。这一过程通常是由人工进行的：在反应器前后的取样口人工或自动采样，进行离线或在线色谱分析，得到反应器前后物料各组分含量，然后进行人工或自动计算得到转化率和选择性数据，再根据催化剂特性和操作人员的经验进行调整氢炔比。

在传统的控制方案中，氢气流量根据碳二馏分流量进行比值调节，而当碳二馏分中乙炔浓度发生变化时，氢炔比也随之变化，所以，传统的控制方案计算量大，且不能精确地控制氢炔比，造成催化选择加氢过程乙烯、丙烯产量不能最大化。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种氢炔比控制方法及系统，以用于准确、有效地控制氢炔比。

为了实现上述目的，本发明提供一种氢炔比控制方法，该方法包括以下步骤：1)检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；2)根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％；3)根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，进而根据所述氢气流量设定值Fs来控制氢炔比。

优选地，在步骤1)中，根据在线色谱分析获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。

优选地，所述步骤3)包括：根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％；当C＜10％时，则将所述氢气流量设定值Fs改变为所述所需氢气流量值Fh；当C≥10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh＞Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh＜Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)。

优选地，该方法还包括以下步骤：4)重复执行步骤1)-步骤3)，当连续三次计算得到的所述氢气设定量变化比C≥10％时，则进行报警。

本发明还提供了一种氢炔比控制系统，该系统包括：乙炔含量检测单元，用于检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；控制单元，用于根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％，并根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，并向氢炔比控制实施单元输出氢气的配入量的控制信号；氢炔比控制实施单元，从所述控制单元接收所述控制信号，并根据所述控制信号来控制氢气的配入量，进而控制氢炔比。

优选地，所述乙炔含量检测单元包括在线色谱分析单元，该在线色谱分析单元根据在线色谱分析获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。

优选地，所述氢炔比控制实施单元为控制阀。

优选地，所述控制单元被配置为根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％，其中Fs为氢气流量设定值；当C＜10％时，则将所述氢气流量设定值Fs改变为所述所需氢气流量值Fh；当C≥10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh＞Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh＜Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)。

优选地，该氢炔比控制系统还包括报警单元，所述控制单元还被配置为：当连续三次计算得到的所述氢气设定量变化比C≥10％时，向所述报警单元输出报警信号；所述报警单元用于当从所述控制单元接收到报警信号时，进行报警。

利用本发明的技术方案，能够利用控制单元根据公式迅速地计算得到所需氢气流量值，并通过控制氢气流量设定值Fs，能够对选择加氢过程中的氢炔比实现精确控制，大大减轻了操作人员的劳动强度，且确保了反应的安全进行。本发明的方案尤其适用于在催化剂评价装置中对氢炔比进行控制。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是典型的碳二选择加氢除乙炔的流程示意图；

图2是氢气流量控制的流程示意图。

图3是利用根据本发明的氢炔比控制方法得到的氢炔比设定值和氢炔比实际值的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在碳二馏分反应过程中对氢炔比进行控制，实质上是根据乙炔的浓度控制氢气的配入量。

碳二馏分反应过程中反应物之间的各种关系由公式(1)-(3)示出：

Sv＝Von/Vr      公式(1)

Vc＝Von×Vp     公式(2)

Fh＝Vc×Q/Vh    公式(3)

其中：Sv为反应体积空速，单位为h^-1，该值为设定值；Von为碳二物料进料量，单位为m³/h；Vr为催化剂体积，单位为m³，该值为设定值；Vc为乙炔体积，单位为m³/h；Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％；Fh为氢气的配入量，单位为m³/h；Q为氢炔比，该值为设定值；Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％，该值设定值。

由公式(1)可以得到，Von＝Sv×Vr    公式(4)

根据公式(2)、公式(3)和公式(4)，可以推导出所需氢气流量值Fh：

Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh    公式(5)

基于上述推导，本发明提供了一种氢炔比控制方法。参考图2，该方法包括以下步骤：1)检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；2)根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％；3)根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，进而根据所述氢气流量设定值Fs来控制氢炔比。

其中，检测乙炔摩尔百分含量Vp，然后根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，Fh为所需氢气流量值，Sv为反应体积空速，该值为设定值，Vr为催化剂体积，该值为设定值，Vp为乙炔摩尔百分含量，Q为氢炔比，该值为设定值，Vh为反应的氢气摩尔浓度，该值为设定值。然后，根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，然后按照该氢气流量设定值Fs配入氢气。

优选地，可以根据在线色谱分析获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。在线色谱分析可以每隔一个分析周期获得一次乙炔摩尔百分含量Vp，通常，在线色谱的分析周期为4-8分钟，所以，通过在线色谱分析可以每隔4-8分钟更新一次乙炔摩尔百分含量Vp。

根据该控制方法，可以将氢气流量设定值Fs改变为适于当前反应情况的值，并且为了保证反应的安全，防止假信号和错信号，以及考虑到检测乙炔摩尔百分含量Vp可能的滞后(例如，通过在线色谱分析获得乙炔摩尔百分含量Vp可能有4-8分钟的滞后)，需要在合理的范围内对氢气流量设定值Fs进行调整，以避免氢气流量大的波动。根据一种优选的实施方式，所述步骤3)可以包括：根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％；当C＜10％时，则将氢气流量设定值Fs改变为所需氢气流量值Fh；当C≥10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh＞Fs，则将氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh＜Fs，则将氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)，进而根据所需氢气流量值Fh来控制氢气的配入量。可以理解，该根据所需氢气流量值Fh来改变氢气流量设定值Fs的方式仅是一种示例性方式，并非用于限定本发明，其他可行的控制方式也是可以的。

根据一种优选实施方式，可以重复执行步骤1)-步骤3)，从而随着反应的进行来更新氢气流量设定值Fs。在采用在线色谱分析获得乙炔摩尔百分含量Vp的情况下，可以按照在线色谱分析的周期每隔4-8分钟更新一次乙炔摩尔百分含量Vp，从而也每隔4-8分钟计算得到一个所需氢气流量值Fh，然后根据最新的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs。

优选地，当连续三次计算得到的氢气设定量变化比C≥10％时，则进行报警，从而通知操作人员来检测反应是否存在问题，或手动进行氢气配入量的控制，以避免氢气流量大的波动，防止反应温度不受控、装置出现故障等危险情况。

同时，本发明还提供了一种氢炔比控制系统，该系统包括：乙炔含量检测单元，用于检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；控制单元，用于根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％，并根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，并向氢炔比控制实施单元输出氢气的配入量的控制信号；氢炔比控制实施单元，从所述控制单元接收所述控制信号，并根据所述控制信号来控制氢气的配入量，进而控制氢炔比。

其中，所述控制单元诸如可以为PLC，该PLC可以设定氢气流量设定值Fs，并根据该氢气流量设定值Fs向氢炔比控制实施单元输出氢气的配入量的控制信号。

优选地，所述乙炔含量检测单元可以包括在线色谱分析单元，该在线色谱分析单元根据在线色谱分析来获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。在线色谱分析可以每个一个分析周期获得一次乙炔摩尔百分含量Vp，通常，在线色谱的分析周期为4-8分钟，所以，通过在线色谱分析可以每隔4-8分钟更新一次乙炔摩尔百分含量Vp。

其中，所述氢炔比控制实施单元例如可以为控制阀，该控制阀根据从控制单元接收的控制信号，来改变氢气的配入量的大小。

在一种优选实施方式中，所述控制单元可以被配置为根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％，其中Fs为氢气流量设定值；当C＜10％时，则将氢气流量设定值Fs改变为所需氢气流量值Fh，进而根据所需氢气流量值Fh来控制氢气的配入量；当C≥10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh＞Fs，则将氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh＜Fs，则将氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)进而根据所需氢气流量值Fh来控制氢气的配入量。可以理解，上述控制单元控制氢气流量设定值Fs的方式仅是一种示例性方式，并非用于限定本发明，其他可行的控制方式也是可以的。

根据一种优选实施方式，所述乙炔含量检测单元可以多次检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp，从而所述控制单元可以据此多次计算得到所需氢气流量值Fh，从而随着反应的进行来更新氢气流量设定值Fs。在采用在线色谱分析获得乙炔摩尔百分含量Vp的情况下，可以按照在线色谱分析的周期每隔4-8分钟更新一次乙炔摩尔百分含量Vp，从而也每隔4-8分钟计算得到一个所需氢气流量值Fh，然后根据最新的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs。

优选地，该氢炔比控制系统还可以包括报警单元，所述控制单元还被配置为：当连续三次计算得到的氢气设定量变化比C≥10％时，向所述报警单元输出报警信号；所述报警单元用于当从所述控制单元接收到报警信号时，进行报警。从而，可以通知操作人员来检测反应是否存在问题，或手动进行氢气配入量的控制，以避免氢气流量大的波动，防止反应温度不受控、装置出现故障等危险情况。

图3示出了根据本发明的氢炔比控制方法，得到的氢炔比设定值和氢炔比实际值的关系示意图。从图3中可以看出，利用本发明的控制方法，氢炔比实际值在氢炔比设定值周围小幅度波动，有效地实现了氢炔比的控制。

通过本发明的技术方案，能够使得选择加氢过程中的氢炔比实现精确控制，并在保证安全的前提下，大大减轻了操作人员的劳动强度。本发明的方案尤其适用于在催化剂评价装置中对氢炔比进行控制。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种氢炔比控制方法，该方法包括以下步骤：

1)检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；

2)根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％；

3)根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，进而根据所述氢气流量设定值Fs来控制氢炔比，并根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％；当C<10％时，则将所述氢气流量设定值Fs改变为所述所需氢气流量值Fh；当C≧10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh>Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh<Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)。

2.根据权利要求1所述的氢炔比控制方法，其中，在步骤1)中，根据在线色谱分析获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。

3.根据权利要求1所述的氢炔比控制方法，其中，该方法还包括以下步骤：

4)重复执行步骤1)-步骤3)，当连续三次计算得到的所述氢气设定量变化比C≧10％时，则进行报警。

4.一种氢炔比控制系统，该系统包括：

乙炔含量检测单元，用于检测反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp；

控制单元，用于根据以下公式计算所需氢气流量值Fh：Fh＝Sv×Vr×Vp×Q/Vh，其中Fh为所需氢气流量值，单位为m³/h，Sv为反应体积空速，单位为h^-1，Vr为催化剂体积，单位为m³，Vp为乙炔摩尔百分含量，单位为mol％，Q为氢炔比，Vh为反应的氢气摩尔浓度，单位为mol％，并根据计算得到的所需氢气流量值Fh来控制氢气流量设定值Fs，并向氢炔比控制实施单元输出氢气的配入量的控制信号；并且，所述控制单元被配置为根据以下公式来计算氢气设定量变化比C：C＝|Fh-Fs|/Fs×100％，其中Fs为氢气流量设定值；当C<10％时，则将所述氢气流量设定值Fs改变为所述所需氢气流量值Fh；当C≧10％时，则比较Fh和Fs，如果Fh>Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1+10％)，如果Fh<Fs，则将所述氢气流量设定值Fs改变为Fs(1-10％)；

氢炔比控制实施单元，从所述控制单元接收所述控制信号，并根据所述控制信号来控制氢气的配入量，进而控制氢炔比。

5.根据权利要求4所述的氢炔比控制系统，其中，所述乙炔含量检测单元包括在线色谱分析单元，该在线色谱分析单元根据在线色谱分析获得反应后产物中的乙炔摩尔百分含量Vp。

6.根据权利要求4所述的氢炔比控制系统，其中，所述氢炔比控制实施单元为控制阀。

7.根据权利要求4所述的氢炔比控制系统，其中，该氢炔比控制系统还包括报警单元，

所述控制单元还被配置为：当连续三次计算得到的所述氢气设定量变化比C≧10％时，向所述报警单元输出报警信号；

所述报警单元用于当从所述控制单元接收到报警信号时，进行报警。