CN113721683B - 碳三液相加氢反应器自动控制方法及设备 - Google Patents

碳三液相加氢反应器自动控制方法及设备 Download PDF

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Abstract

本公明公开了一种碳三液相加氢反应器自动控制方法及设备。其中，碳三液相加氢反应器自动控制方法，包括：获取碳三液相加氢反应器的出入口参数；基于所述出入口参数获取所述碳三液相加氢反应器的出口MAPD浓度，所述出口MAPD浓度为甲基乙炔和丙二烯在加氢产物中的体积含量；调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值。本发明的方法及设备可达到提高丙烯选择性的目的。

Description

碳三液相加氢反应器自动控制方法及设备
技术领域
本发明属于石油化工领域，更具体地，涉及一种碳三液相加氢反应器自动控制方法及设备。
背景技术
乙烯技术是石油化工的龙头技术，乙烯技术水平被看作是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。乙烯裂解装置生产的三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)是石油化学工业的基础原料，三烯产量的高低是衡量一个国家石油化工发展水平的主要标志。
乙烯裂解装置中石脑油等液态烃原料经蒸汽裂解和分离后，碳三馏分中含有丙烯，丙烷，及少量的甲基乙炔和丙二烯(简称MAPD)，MAPD的含量约为1％～5％(体积)。在丙烯聚合反应中，MAPD会降低聚丙烯催化剂的活性，影响聚合级丙烯的产品质量。为了将MAPD从碳三馏分中脱除，当前工业上采用催化选择加氢和溶剂吸收法脱除MAPD。由于碳三液相催化加氢法工艺流程简单，没有环境污染，所以催化加氢法的应用日益普遍。
碳三液相加氢反应器装置是丙烯装置回收系统的一个重要设备,它是在催化剂的作用下，把碳三馏分中MAPD选择加氢转化为丙烯。MAPD如果过量加氢将生成丙烷、低聚物和高聚物，导致丙烯的损失；MAPD如果加氢效果不佳，反应器出口MAPD浓度未能控制在指标要求范围内，将造成产品丙烯不合格，影响下游装置的生产，所以加氢反应器运行的好坏直接影响着丙烯产品的纯度和收率。
碳三液相加氢催化剂普遍采用钯、镍等过渡金属作为活性组分，不同催化剂的反应热力学参数、表面吸脱附反应速率以及工艺敏感度不尽相同，需要通过针对性的调整优化才能保证其发挥最佳性能。
目前碳三液相加氢反应器的生产控制普遍采用手动调控，由技术人员手动调节控制相关参数。因裂解分离流程冗长，工艺复杂，人员精力有限，无法对碳三液相加氢反应器做到实时监控和专家级调整优化。当碳三加氢系统出现物料组成、压力、温度、流量、氢气波动等不稳定情况时，单靠液相加氢系统自身来恢复稳定是非常缓慢的，多次波动所产生的叠加现象，使系统长时间处于亚稳定状态，易造成反应器出口漏炔和丙烯过度加氢严重，影响产品丙烯的收率和精馏塔分离效果。
目前绝大多数碳三液相加氢反应器操作采用人工经验和手动调节的方法，造成了碳三反应器出口MAPD浓度过高，丙烯选择性不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种碳三液相加氢反应器优化控制方法及设备，至少解决现有技术中丙烯选择性不佳的问题。
第一方面，本发明提供了一种碳三液相加氢反应器自动控制方法，包括：
获取碳三液相加氢反应器的出入口参数；
基于所述出入口参数获取所述碳三液相加氢反应器的出口MAPD浓度，所述出口MAPD浓度为甲基乙炔和丙二烯在加氢产物中的含量；
调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值。
可选的，所述出入口参数，包括：
碳三液相加氢反应器入口物料温度、碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比、碳三液相加氢反应器入口物料压力、碳三液相加氢反应器入口物料流量、碳三液相加氢反应器入口MAPD浓度、碳三液相加氢反应器入口氢气流量、碳三液相加氢反应器入口氢气浓度和碳三液相加氢反应器出口MAPD浓度。
可选的，所述调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值，包括：
所述出口MAPD浓度处于设定区间值内时，不调整所述相应参数；
所述出口MAPD浓度小于设定区间值的最小值时，降低所述相应参数；
所述出口MAPD浓度大于设定区间值的最大值时，升高所述相应参数。
可选的，所述调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值中，所述相应参数，包括：
碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比。
可选的，所述降低所述相应参数为：降低碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，优先降低碳三液相加氢反应器入口物料温度；
和/或
所述升高所述相应参数为：升高碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，优先升高碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整范围为25-60℃，优选为30-55℃。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的的调整速率范围为0.5-8.0℃/小时，优选为2.0-5.0℃/小时。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整范围为0.5-4.0，优选为1.4-2.0。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整速率范围为0.01-0.4/小时，优选为0.04-0.2/小时。
可选的，所述设定区间值为a ppm-b ppm，a ppm为出口MAPD浓度下限，b ppm为出口MAPD浓度上限；
所述a和b的取值范围为0-2000，优选为100-500。
可选的，所述b与a的差值的取值范围为20-500，优选为50-100。
第二方面，本发明提供了一种碳三液相加氢反应器自动控制设备，包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现第一方面任一所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法。
本发明基于碳三液相加氢反应器的出入口参数分析出口MAPD浓度，并动态调整相应参数使出口MAPD浓度保持在设定区间值内，提高丙烯选择性。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述。
图1示出了根据本发明的一个实施例的碳三液相加氢反应器自动控制方法的流程图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的碳三液相加氢反应器自动控制设备的原理框图；
图3a示出了根据本发明的一个实施例的采用碳三液相加氢反应器自动控制方法出口MAPD浓度示意图；
图3b示出了根据本发明的一个实施例的采用碳三液相加氢反应器自动控制方法反应器入口温度示意图；
图3c示出了根据本发明的一个实施例的采用碳三液相加氢反应器自动控制方法氢炔比示意图；
图4a示出了现有技术中的碳三液相加氢反应器的出口MAPD浓度示意图；
图4b示出了现有技术中的碳三液相加氢反应器的反应器入口温度示意图；
图4c示出了现有技术中的碳三液相加氢反应器的氢炔比示意图。
具体实施方式
以下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。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的范围并不局限于这些实施例。
甲基乙炔和丙炔为同一种物质。
实施例一：
影响碳三液相加氢反应器的操作条件主要两种：入口氢炔比和物料温度。
如图1所示，一种碳三液相加氢反应器自动控制方法，包括：
步骤S101：获取碳三液相加氢反应器的出入口参数；
出入口参数，包括：碳三液相加氢反应器入口物料温度、碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比、碳三液相加氢反应器入口物料压力、碳三液相加氢反应器入口物料流量、碳三液相加氢反应器入口MAPD浓度、碳三液相加氢反应器入口氢气流量、碳三液相加氢反应器入口氢气浓度和碳三液相加氢反应器出口MAPD浓度等。
步骤S102：基于所述出入口参数获取所述碳三液相加氢反应器的出口MAPD浓度，所述出口MAPD浓度为甲基乙炔(MA)和丙二烯(PD)在加氢产物中的含量；具体为体积含量。
步骤S103：调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值。
相应参数，包括：碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比等。
可选的，所述调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值，包括：
所述出口MAPD浓度处于设定区间值内时，不调整所述相应参数；
所述出口MAPD浓度小于设定区间值的最小值时，降低所述相应参数；
所述出口MAPD浓度大于设定区间值的最大值时，升高所述相应参数。
可选的，所述降低所述相应参数为：降低碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，优先降低碳三液相加氢反应器入口物料温度；
和/或
所述升高所述相应参数为：升高碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，优先升高碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比。
碳三加氢反应器出口MAPD浓度处于(a-b)ppm之间时，不对参数做调整；
碳三加氢反应器出口MAPD浓度小于a ppm时，降低入口物料温度及氢炔比，优先降低入口物料温度，直至出口MAPD浓度处于(a-b)ppm之间；
碳三加氢反应器出口MAPD浓度大于b ppm时，升高入口物料温度及氢炔比，优先升高氢炔比，直至出口MAPD浓度处于(a-b)ppm之间。
在碳三液相加氢反应器的自动控制过程中，控制出口MAPD浓度大于a ppm且低于bppm。如果出口MAPD浓度过低或过高，说明丙烯的选择性会下降。
在碳三液相加氢反应器的控制逻辑中，调节的原则是出口MAPD浓度小于a ppm时，降低入口物料温度(碳三液相加氢反应器入口物料温度简称为入口物料温度)及氢炔比(三液相加氢反应器入口物料氢炔比简称为氢炔比)，优先降低入口物料温度，其次调整氢炔比；出口MAPD浓度大于b ppm时，升高入口物料温度及氢炔比，优先升高氢炔比，其次调整入口物料温度。碳三液相加氢反应器的控制根据出口MAPD浓度的分析数据，自动调节碳三液相加氢反应器中的入口物料温度和氢炔比。当出口MAPD浓度超过上下限时，可采取同时调节两个操作参数，这时调整的速率为可调整范围的下限。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整范围为25-60℃，优选为30-55℃。
碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整范围可以为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃等。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的的调整速率范围为0.5-8.0℃/小时，优选为2.0-5.0℃/小时。
碳三液相加氢反应器入口物料温度的的调整速率范围为0.5℃/小时、1.0℃/小时、1.5℃/小时、2.0℃/小时、2.5℃/小时、3.0℃/小时、3.5℃/小时、4.0℃/小时、4.5℃/小时、5.0℃/小时、5.5℃/小时、6.0℃/小时、6.5℃/小时、7.0℃/小时、7.5℃/小时或8.0℃/小时等。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整范围为0.5-4.0，优选为1.4-2.0。
碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整范围为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5或4.0等。
可选的，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整速率范围为0.01-0.4/小时，优选为0.04-0.2/小时。
碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整速率范围为0.01/小时、0.02/小时、0.03/小时、0.04/小时、0.05/小时、0.06/小时、0.07/小时、0.08/小时、0.1/小时、0.11/小时、0.15/小时、0.17/小时、0.18/小时、0.2/小时、0.25/小时、0.27/小时、0.3/小时、0.36/小时、0.39/小时或0.4/小时等。
可选的，所述设定区间值为a ppm-b ppm，a ppm为出口MAPD浓度下限，b ppm为出口MAPD浓度上限；
所述a和b的取值范围为0-2000，优选为100-500。
可选的，所述b与a的差值的取值范围为20-500，优选为50-100。
b大于a；b-a的取值范围为20-500，优选为50-100。
b＝2000时，a可以等于1500、1900、1960、1950或1980。
b＝500时，a可以等于400、480、450、100或50。
b＝200时，a可以等于100、180、150、50或5。
b＝100时，a可以等于50、30、20、10或5。
碳三液相加氢反应器控制调节加氢各控制变量的过程中，碳三加氢反应器的氢炔比的调整范围为0.5-4.0，优选为1.4-2.0；碳三加氢反应器的入口物料温度的调整范围为25-60℃，优选为30-55℃。如果某一操作参数到达上限，则会保持该参数不变，去调整另一操作变量。若入口物料温度和氢炔比都达到上限还不能满足出口MAPD浓度要求，则操作模式由自动模式切换为手动模式并发出警报。
碳三加氢反应器自控系统的标准是出口MAPD浓度，按照出口MAPD浓度大于a ppm且低于b ppm的标准来执行。
在碳三液相加氢反应器的自动控制过程中，一般所述的碳三加氢反应器的入口物料温度的调整速率范围为0.5-8.0℃/小时，优选为2.0-5.0℃/小时；碳三加氢反应器的氢炔比的调整速率范围为0.01-0.4/小时，优选为0.04-0.2/小时。当出口MAPD浓度低于a ppm或高于b ppm，可采用同时调整两个操作参数，调整的速率幅度通常为可调整速率范围的下限。若出口MAPD浓度位于a-b ppm之间，通常对操作不进行调整，以保持生产操作的平稳性。
实施例二：
如图2所示，一种碳三液相加氢反应器自动控制设备，包括：控制服务器、网络设备系统控制网络和嵌入服务器等，
控制服务器至少包括存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现实施例一的碳三液相加氢反应器自动控制方法。
处理器(控制器)位于碳三液相加氢反应器的集散控制系统即DCS系统或与DCS相连的服务器中，控制器中的控制逻辑程序采集出口MAPD浓度，并将自动采集分析结果数据存储在固定内存单元(存储器)内。
控制器中的控制逻辑程序根据所监测到的碳三液相加氢出口MAPD浓度含量的高低以及变化趋势，自动保持和调整碳三加氢反应器入口物料温度和氢炔比，自动实现碳三加氢反应器的平稳操作。
控制器的控制逻辑程序的主要控制变量是碳三液相加氢反应器的入口物料温度和氢炔比，主要调节变量是碳三液相加氢反应器的入口物料温度和氢炔比。
控制器的控制逻辑程序共分二个步骤：程序初始化阶段和自动控制阶段。自动控制程序的执行顺序如下：
1、程序初始化阶段
程序启动后，首先对碳三液相加氢反应器的氢炔比和入口物料温度等内部变量进行初始化，并自动识别出口MAPD浓度的数据信号。
由操作人员确认所有的现场操作都已经执行完毕，现场分析数据输入正常，且已准备好进入自动控制阶段，如未被确认则程序处于等待状态，直到全部确认。由操作人员点击开始为出口MAPD浓度a和b ppm赋值并确认后，进入自动控制阶段。
2、自控阶段
进入动控制程序后，控制逻辑程序通过根据碳三液相加氢反应器的DCS系统获取现场数据和输入的出口MAPD浓度数据，并依据判断原则每隔1-1800秒对出口MAPD浓度数据进行判断是否需要调整加氢反应器中的各控制变量，实现碳三液相加氢反应器生产过程各参数的自动控制。调整各参数的时间间隔越短越好，但同时要考虑调整控制变量信号的反馈时间和分析数据的时间间隔。
在碳三加氢反应器的生产自动控制过程中，自动控制程序对入口物料温度、氢炔比、催化剂床层温度等重要变量进行监测，一旦出现偏差过大的情况，程序将进入保持状态，同时显示报警信息，进行声音报警。
将本发明的方法应用于烯烃厂的碳三加氢反应器上：在原有的DCS系统之外增加一个与原系统OPC服务器连接的控制器，对碳三加氢反应器的工艺条件进行调整，并将调整目标实时提供给原系统DCS，以实现对碳三加氢反应器的控制。
首先为新控制器的碳三液相加氢反应器出口MAPD浓度赋值，下限为150ppm，上限为200ppm，新控制器能够调控碳三液相加氢反应器出口MAPD在150-200ppm的范围内波动，如图3a至3c所示，在线的控制单元自动控制加氢反应器入口物料温度、加氢反应器入口氢炔比实时进行调整。该碳三加氢反应器的催化剂选择性能够提升至75％。
对比例：
某年产乙烯45万吨的烯烃厂，共有裂解炉10台，可加工从乙烷到加氢尾油等各种裂解原料，年产丙烯25万吨。该厂分离工艺采用顺序分离流程，碳三液相加氢反应器位于热区脱丙烷塔与丙烯精馏塔之间，由高压脱丙烷塔塔顶得到的碳三馏分，经过冷却器(或预热器)换热至所需温度后，经进料泵升压后，经原料脱砷器进入到加氢反应器，在管路中与一定氢炔比的氢气混合，进入反应器催化床层进行选择性加氢反应，该厂碳三加氢工艺为液相加氢工艺。
如图4a至图4c所示，该厂碳三反应器运行时，通过DCS系统控制碳三反应器前的冷热物料流量，保持入口物料温度稳定，并且DCS可以控制入口氢气浓度随着物料中出口MAPD浓度的波动而变化，以保持氢炔比固定不变，经碳三加氢反应器出口的在线色谱对物流中的炔烃浓度进行测定，确保碳三加氢反应器出口MAPD浓度达到合格(200-500ppm左右)，此时碳三加氢反应器催化剂的选择性维持在50％附近。
对比结果显示：通过本发明方法及系统的引入，与原工厂的手动控制相比，能够明显地提高碳三液相加氢催化剂的丙烯选择性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (12)

1.一种碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，该方法在处理器中执行，所述处理器位于碳三液相加氢反应器的集散控制系统或与集散控制系统相连的服务器中，包括：
获取碳三液相加氢反应器的出入口参数；所述出入口参数，包括：
碳三液相加氢反应器入口物料温度、碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比、碳三液相加氢反应器入口物料压力、碳三液相加氢反应器入口物料流量、碳三液相加氢反应器入口MAPD浓度、碳三液相加氢反应器入口氢气流量、碳三液相加氢反应器入口氢气浓度和碳三液相加氢反应器出口MAPD浓度；
所述出口MAPD浓度为甲基乙炔和丙二烯在加氢产物中的含量；
调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值；所述相应参数为碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比；
所述设定区间值为a ppm-b ppm，a ppm为出口MAPD浓度下限，b ppm为出口MAPD浓度上限；
所述a和b的取值范围为100-500；所述b与a的差值的取值范围为50-100。
2.根据权利要求1所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，
所述调整所述出入口参数中的相应参数使所述出口MAPD浓度保持在设定区间值，包括：
所述出口MAPD浓度处于设定区间值内时，不调整所述相应参数；
所述出口MAPD浓度小于设定区间值的最小值时，降低所述相应参数；
所述出口MAPD浓度大于设定区间值的最大值时，升高所述相应参数。
3.根据权利要求2所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，
所述降低所述相应参数为：降低碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，先降低碳三液相加氢反应器入口物料温度；
所述升高所述相应参数为：升高碳三液相加氢反应器入口物料温度和碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比，先升高碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比。
4.根据权利要求1所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整范围为25-60℃。
5.根据权利要求4所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整范围为30-55℃。
6.根据权利要求1、4、5中任意一项所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整速率范围为0.5-8.0℃/小时。
7.根据权利要求6所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料温度的调整速率范围为2.0-5.0℃/小时。
8.根据权利要求1所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整范围为0.5-4.0。
9.根据权利要求8所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整范围为1.4-2.0。
10.根据权利要求1、8和9中任意一项所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整速率范围为0.01-0.4/小时。
11.根据权利要求10所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法，其特征在于，所述碳三液相加氢反应器入口物料氢炔比的调整速率范围为0.04-0.2/小时。
12.一种碳三液相加氢反应器自动控制设备，其特征在于，包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现权利要求1至11任一所述的碳三液相加氢反应器自动控制方法。
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