CN109022019A - 一种催化裂化装置的反馈控制方法 - Google Patents

一种催化裂化装置的反馈控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种催化裂化装置的反馈控制方法，包括以下步骤：S1、预设分离器中反应温度的设定值Tc；S2、基于催化裂化装置中测量到的过程变量，构造被控变量C，并预设其设定值Cs；过程变量包括再生器温度Trg、提升管温度Tri；被控变量C＝aTrg+bTri，a、b为常数；S3、反馈控制器控制调节反应温度的设定值Tc，实现对再生器温度Trg和提升管温度Tri的调节，进而调节被控变量C，降低被控变量C与其设定值Cs之间的误差D，使误差D不大于0.1，误差本发明通过控制器控制调节反应温度的设定值Tc，使新的被控变量C维持在设定值Cs附近，实现了对反应温度的设定值Tc的自动调节，催化裂化装置运行更平稳，运行效率、产品收率、加工处理能力等较高。

Description

一种催化裂化装置的反馈控制方法
技术领域
本发明涉及催化裂化技术领域，尤其涉及一种催化裂化装置的反馈控制方法。
背景技术
催化裂化装置是石油炼化工业的核心工艺之一，也是操作难度最大的工艺之一，其控制系统对实现催化裂化装置平稳、高效运行具有重要作用，且保障过程安全和装置平稳操作是催化裂化装置操作的首要目标。现有的催化裂化装置包括，分离器也称反应器和再生器，在分离器的下端设有提升管，再生器与分离器之间通过待生斜管和再生斜管相连接，在待生斜管和再生斜管上分别设有用于调节开度的第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关用于控制失活的催化剂进入再生器中的流量大小，第二控制开关用于控制再生的催化剂进入提升管下端的流量大小；此外，再生器底部的空气管道上还设有第三控制开关，第三控制开关用于控制进入再生器的空气流量，空气流量的大小需要与再生器中失活的催化剂的流量大小相匹配，在再生器顶部设有旋风分离器，其用于进行气固分离后将烟气排出。现有的针对该催化裂化装置的一种较为流行的控制方法为，利用第二控制开关调节再生催化剂的流量，使再生器中的持料量稳定，此外通过调节第一和第三控制开关，使分离器中的反应温度和旋风分离器温度保持在设定值上，来维持催化裂化装置的平稳运行；虽然现有的控制方法能够满足催化裂化装置的基本运行要求，但是在各种外部扰动的影响下，比如进入提升管中的原料油的成分、温度、混合比等参数的频繁波动，催化裂化装置本身的特性也由于各种原因，如设备老化、管道结垢等发生变化，因此原有设置的固定的变量设定值，尤其是分离器的反应温度设定值不能保证催化裂化装置处于最佳的状态，进而导致催化裂化装置的运行效率、产品收率、加工处理能力等较低，因此需要对现有的控制方法做出改进，提高生产效益。
发明内容
本发明提供了一种催化裂化装置的反馈控制方法，该反馈控制方法可以自动调节反应温度的设定值，使催化裂化装置处在最佳的运行状态，保证其运行效率、产品收率、加工处理能力等较高。
本发明所采用的技术方案是，一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在催化裂化装置中预设分离器中的反应温度的设定值Tc，所述的催化裂化装置包括用于控制分离器温度、旋风分离器温度的主控制器；
S2、基于催化裂化装置中测量到的过程变量，构造被控变量C，并预设其设定值Cs；所述的过程变量包括再生器温度Trg、提升管温度Tri；所述的被控变量C＝aTrg+bTri，所述的a、b为常数；
S3、在催化裂化装置中增加一个反馈控制器，利用反馈控制器控制调节所述的反应温度的设定值Tc，在反应温度的设定值Tc变化的过程中将通过主控制器改变第一控制开关的工作状态，实现对所述的再生器温度Trg和提升管温度Tri的调节，进而调节被控变量C，反馈控制器通过闭环调节将最终降低所述的被控变量C与其设定值Cs之间的误差D，使所述的误差D不大于0.1，所述的误差
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明通过根据现有的催化裂化装置构造了包括反应温度的设定值Tc、被控变量C与其设定值Cs的一个新的闭环控制，在该闭环控制中通过反馈控制器控制调节反应温度的设定值Tc，使新的被控变量C维持在设定值Cs附近。在此过程中，反应温度的设定值Tc与被控变量C是相互匹配变化的，实现了对反应温度的设定值Tc的自动调节，使得整个装置处于动态平衡中，装置运行更平稳，催化裂化反应装置的运行效率、产品收率、加工处理能力等较高。
作为改进，所述的提升管温度包括提升管进口处温度Tri0、提升管出口处温度Tri1，在提升管不同位置处安装温度传感器可以获取提升管不同位置处的温度，常用的一般为提升管进口处温度和出口处温度，因此可以选择其一作为过程变量。
作为改进，所述的被控变量C＝aTrg+bTri0，此为被控变量C的第一种计算方案，在计算被控变量C时，选择的是提升管进口处温度Tri0进行计算。
作为改进，所述的被控变量C＝aTrg+bTri1，此为被控变量C的第二种计算方案，在计算被控变量C时，选择的是提升管出口处温度Tri1进行计算。
作为改进，所述的常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.696；所述的常数b的范围为0.06-0.08，优选值为0.065，该范围内的常数a、b适用于被控变量C的第一种计算方案。
作为改进，所述的常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.673；所述的常数b的范围为0.07-0.09，优选值为0.0832，该范围内的常数a、b适用于被控变量C的第二种计算方案。
作为改进，所述的Cs的范围为730.0K°-740.0K°，优选值为735.7K°，该范围内的Cs适用于被控变量C的第一种计算方案。
作为改进，所述的Cs的范围为720.0K°-730.0K°，优选值为725.0K°，该范围内的Cs适用于被控变量C的第二种计算方案。
作为改进，所述的误差D等于0，当误差D为0时，被控变量C等于其设定值Cs，催化裂化装置的反应温度此时为最佳温度，催化裂化装置的反应效率最高。
作为改进，所述的反应温度的设定值Tc的自动调节范围为765K°-800K°，常规催化裂化装置的反应温度一般均在此范围内。
附图说明
图1为催化裂化的装置示意图
图中所示，1、分离器，2、再生器，3、提升管，4、第一控制开关，5、第二控制开关，6、第三控制开关。
具体实施方式
如图1所示，一种催化裂化装置的反馈控制方法，包括以下步骤：
S1、在催化裂化装置中预设分离器中反应温度的设定值Tc，反应温度的设定值Tc的自动调节范围为765K°-800K°，催化裂化装置包括用于控制分离器温度、旋风分离器温度的主控制器；
S2、基于催化裂化装置中测量到的各种过程变量，构造一个新的被控变量C，并预设其设定值Cs；各种过程变量包括再生器温度Trg、提升管温度Tri；被控变量C的构造方式为，被控变量C＝aTrg+bTri，a、b为常数；提升管温度包括提升管进口处温度Tri0和提升管出口处温度Tri1两种；
S3、在催化裂化装置中增加一个反馈控制器，反馈控制器可采用PID控制器或模型预测控制器或内模控制器，然后在反馈控制器的作用下直接控制调节反应温度的设定值Tc的大小，在反应温度的设定值Tc变化的过程中将通过主控制器改变第一控制开关的工作状态，实现对再生器温度Trg和提升管温度Tri的调节，进而调节被控变量C＝aTrg+bTri，反馈控制器通过闭环调节将最终降低被控变量C与其设定值Cs之间的误差D，使误差D不大于0.1，误差误差D的最佳值为0。
被控变量C的计算方案有两种，第一种方案为，被控变量C＝aTrg+bTri0，常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.696；常数b的范围为0.06-0.08，优选值为0.065，Cs的范围为730.0K°-740.0K°，优选值为735.7K°；第二种方案为，被控变量C＝aTrg+bTri1，常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.673；常数b的范围为0.07-0.09，优选值为0.0832，Cs的范围为720.0K°-730.0K°，优选值为725.0K°。
上述技术方案中的被控变量C及其设定值的计算方法如下：
第一步，收集催化裂化过程的历史数据绘制历史数据曲线图，包含6个变量：空气质量流量Fa、再生催化剂流量Fsc、再生器温度Trg和提升管温度Tri，旋风分离器温度Tcy，产品汽油含量yg1；
第二步，观察历史数据曲线图，在数据集中去除过程处于动态波动时的数据段，保留系统处于稳定时所采集的数据，共得到N组数据，记为数据集G1，维度为N*6；
第三步，将N组数据归一化，使每个变量的均值为0，方差为1，再使用主成分分析(ICA)算法，主成分个数设为M个，M取为4-5，得到N组M个主成分变量的数据集，记为G2，维度为N*M；
第四步，在G1中，选择空气质量流量Fa和再生催化剂流量Fsc这两个变量所对应的数据，和G2中的M个主成分变量进行线性相关分析，根据得到的线性相关系数对G2的列进行重排列，将G2中分别和Fa和Fsc相关系数最高的2个主成分变量置于第1-2列的位置，剩余的(M-2)列分别置于第3-M列。重新排列后的主成分变量分别记为t1，t2，…tM，数据集记为G3，维度为N*M；
第五步，基于非线性神经网络进行回归分析，其中输入变量为M个主成分，即t1，t2，…tM(数据集G3)，输出变量为N个数据对应的经济指标J，定义为
-J＝pglFgl+pgsFgs+pugoFugo-poilFoil
在上式中，各项分别表示产物收益及原料成本，其中pgl、pgs、pugo和poil分别为汽油价格、轻气价格、未转化原料的价值和汽-油原料价格，Fgl、Fgs、Fugo和Foil分别为汽油产量、轻气产量、未转化的原料的量和初始原料流量。得到的神经网络模型记为Z(输入为t1，t2，…tM，输出为J)，实施例中选取的类型为径向基(RBF)神经网络；
第六步，基于回归模型Z，对N组情形分别优化经济指标J，采用的数值优化算法为序列二次规划法(SQP)法，其中仅优化t1和t2这两个变量，t3—tM保持不变，即G3中第3-M列中的数据保持不变，得到N组t1和t2的最优解，用它们替换G3中的第1-2列，得到的新数据集记为G4，维度为N*M；
第七步，将G4包含的N组主成分变量数据，逆变换到原始的6变量空间，得到的数据集记为G5，维度为N*6；逆变换算法所需的变换矩阵在第三步中的主成分分析(ICA)算法中得到；
第八步，选择G5中再生器温度Trg和提升管温度Tri对应的两列数据，并加上N*1的列向量常数1，组成数据集G6，维度为N*3；
第九步，对G6转置及自身的乘积G6TG6进行特征值分解，得到3个特征值和各自对应的特征向量；
第十步，对3个特征值从小到大进行排序，取最小特征值对应的特征向量，记为v1＝[a b -cs]T，前两个系数为被控变量C中Trg和Tri对应的系数，最后一个系数为设定值Cs的负数。
通过上述步骤，便可以依次确定出常数a、b的数值、被控变量的设定值Cs。
本发明的控制原理为：预设反应温度的设定值Tc和再生器温度Y，在第一控制开关4、第二控制开关5和第三控制开关6的控制下，此时，分离器1和再生器2相对处于动态稳定的状态；然后基于催化裂化装置中测量到的过程变量，构造被控变量C的函数，并预设其设定值Cs，最后控制器控制调节反应温度的设定值Tc，反应温度的设定值Tc改变，第一开关控制失活的催化剂进入再生器中的流量相应改变，随之第二开关将控制失活的催化剂进入再生器中的流量相应改变，进而进入提升管3的再生的催化剂流量将发生改变，以此实现对再生器温度Trg和提升管温度Tri的调节，进而被控变量C＝aTrg+bTri被调节，可以维持在其设定值Cs附近，在此过程中同时也实现了对反应温度的设定值Tc的闭环反馈控制。本发明通过构造虚拟的被控变量C，使其维持在其设定值Cs附近，以此实现对催化裂化装置中反应温度的设定值Tc的调节，使催化裂化装置的运行更平稳，反应效率更高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中各部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在催化裂化装置中预设分离器中的反应温度的设定值Tc，所述的催化裂化装置包括用于控制分离器温度、旋风分离器温度的主控制器；
S2、基于催化裂化装置中测量到的过程变量，构造被控变量C，并预设其设定值Cs；所述的过程变量包括再生器温度Trg、提升管温度Tri；所述的被控变量C＝aTrg+bTri，所述的a、b为常数；
S3、在催化裂化装置中增加一个反馈控制器，利用反馈控制器控制调节所述的反应温度的设定值Tc，在反应温度的设定值Tc变化的过程中将通过主控制器改变第一控制开关的工作状态，实现对所述的再生器温度Trg和提升管温度Tri的调节，进而调节被控变量C，反馈控制器通过闭环调节将最终降低所述的被控变量C与其设定值Cs之间的误差D，使所述的误差D不大于0.1，所述的误差
2.根据权利要求1所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的提升管温度包括提升管进口处温度Tri0、提升管出口处温度Tri1。
3.根据权利要求2所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的被控变量C＝aTrg+bTri0。
4.根据权利要求2所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的被控变量C＝aTrg+bTri1。
5.根据权利要求3所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.696；所述的常数b的范围为0.06-0.08，优选值为0.065。
6.根据权利要求4所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的常数a的范围为0.6-0.8，优选值为0.673；所述的常数b的范围为0.07-0.09，优选值为0.0832。
7.根据权利要求5所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的Cs的范围为730.0K°-740.0K°，优选值为735.7K°。
8.根据权利要求6所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的Cs的范围为720.0K°-730.0K°，优选值为725.0K°。
9.根据权利要求1所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的误差D等于0。
10.根据权利要求1所述的一种催化裂化装置的反馈控制方法，其特征在于，所述的反应温度的设定值Tc的自动调节范围为765K°-800K°。
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