优化控制系统在青岛石化重整装置的工业应用及效果分析

任丽萍，张海峰

(中国石化青岛石油化工有限责任公司，山东 青岛 266043)

优化控制系统在青岛石化重整装置的工业应用及效果分析

任丽萍，张海峰

(中国石化青岛石油化工有限责任公司，山东 青岛 266043)

在重整装置上采用的优化控制系统总体运行安全、平稳、无异常情况，均可以确保工艺约束条件在设定的范围内运行。在满足工艺生产要求的前提下，通过优化4个反应器入口温度，挖掘装置潜力，优化装置操作，可以实现辛烷值收率最大化和装置的经济效益最大化：C5+稳定汽油辛烷值收率优化期较空白期可以提高0.65百分点；经济效益优化期较空白期提高了近19.63元/t。

优化 重整 辛烷值收率 效益

中国石化青岛石油化工有限责任公司(简称青岛石化)250 kt/a固定床半再生催化重整装置由中国石化洛阳石油化工工程公司设计，2003年9月建成投产，2009年7月装置进行了扩能改造。该装置由预加氢单元和重整单元构成，采用加工原料为常减压装置提供的石脑油、加氢焦化汽油[1]。主要产品为高辛烷值汽油调合组分，并副产氢气、液化气、轻石脑油等。

由青岛石化和北京优化佳控制技术有限公司共同实施的催化重整装置实时优化控制系统项目于2013年7月正式启动，经过一年多时间的实施，于2014年7月正式投用，实时优化控制系统能够根据当前的加工原料和装置的运行工况，通过实时调节装置反应部分的相关优化变量，在满足相关工艺约束条件的前提下，实现对优化方案的控制；在满足工艺生产要求的前提下，挖掘装置潜力，优化装置操作，可以实现装置的经济效益最大化和辛烷值收率最大化。

1 优化控制系统

1.1 优化内容

青岛石化重整实时优化控制系统主要任务为通过实时在线调整相关优化变量达到生产既定的优化目标，提高目标产品收率及装置经济效益，同时降低操作人员的劳动强度。所选取的优化变量为重整第一至第四反应器入口温度；约束条件为重整车间根据工艺情况给定的4个反应器入口温度的上下限，辛烷值上下限；在控制器的输出上下限范围内进行优化调节[2]。

1.2 优化方案

以催化重整装置总经济效益最大化为目标的优化控制方案、以催化重整装置C5+稳定汽油辛烷值收率(辛烷值与液体收率的乘积)最大化为目标的优化控制方案。

1.3 优化控制系统结构

优化系统的软件安装在优化控制计算机内，该计算机通过与OPC Server的数据通讯连接，实时读取现场的生产数据，根据优化变量和目标函数之间的相互积分进行优化计算，然后把计算结果传输到相关PID控制器的设定值上面，在优化变量的PID控制器的控制模式是串级即外给定时，优化系统开始工作。

1.4 催化重整装置在线优化系统

1.4.1 优化系统目标函数 以催化重整装置C5+稳定汽油辛烷值收率最大化为目标；以催化重整装置经济效益最大化为目标。

1.4.2 优化系统变量 以重整第一至第四反应器温度作为在线优化变量。

1.4.3 约束条件 为了使优化控制能在装置的正常工作范围内进行，需要对优化变量的上下限进行约束。这些约束条件可以由操作员依据当时的装置情况进行在线设置。

1.4.4 实时收率计算 该系统自动连续滚动计算12 h的氢气收率、干气收率、液化气收率、C5收率、C5+稳定汽油收率、C7+重馏分汽油收率、苯液收、非芳烃液收等实时收率，并根据在线拉曼分析系统实时提供的数据，计算出C5+稳定汽油RON收率、C7+重馏分汽油收率、经济效益等重要参数，频次为每分钟计算一次，并在操作界面上实时显示。

2 催化重整实时优化控制系统运行及标定

2.1 辛烷值收率方案标定

2014年10月14日优化系统开始投用，优化方案为C5+稳定汽油辛烷值收率最大化，采用在线拉曼分析仪测定C5+稳定汽油RON，装置在稳定汽油RON为93的低苛刻度反应条件下生产。

为了更好地完成优化前后的效果对比，优化时段选取14日至18日的低苛刻度生产工况，共计96 h；空白时期选取10月10日之前96 h相同的生产工况。

2.1.1 优化变量控制过程 优化控制系统投运前后，重整第一至第四反应器温度的设定值变化如图1所示。

图1 投用前后8天优化变量变化趋势

由图1可以看出，优化控制系统根据原料组成、反应条件的变化自动调整重整4个反应器的入口温度，各反应器入口温度变化非常明显，不再是按照传统的递增或者相同的反应温度进行操作，而是通过对4个反应温度实时调整达到优化目标。

优化控制系统投运前后4天时间，重整反应器的反应温度如表1所示。

表1 优化前后的重整反应器进料温度平均值 ℃

由表1可以发现：优化投用后4个反应器的入口温度平均值较投用前发生了一定变化，第二反应器温度有所上升，提高0.28 ℃，说明其中烷烃脱氢环化和C5环烷异构脱氢反应需要比优化前更高的反应温度才能最大限度地转化为芳烃；第四反应器温度有所下降，降低0.51 ℃，说明其中最难进行的脱氢环化反应和环烷异构脱氢反应在较优化前稍低的温度下就能达到理想转化率，同时还可以减少加氢裂化和结焦等副反应发生；而第一反应器、第三反应器无明显变化。

2.1.2 辛烷值收率方案标定 选取优化控制系统投运前4天时间段为空白期，优化控制系统投运后4天时间段为优化期，优化前后原料和产品流量对比如表2所示。

表2 空白期与优化期收率对比结果

由表2可以看出：从目标函数辛烷值收率的对比来看，优化后较优化前提高0.65百分点，优化效果明显；从产品分布来看，作为重要产品的C5+稳定汽油收率提高了0.73百分点，而副产品液化气、非芳烃及苯收率都有所下降。

青岛石化催化重整在线优化系统于2014年10月14日正式投用，至11月20日，经过1个多月时间的长周期观察后，总体运行安全、平稳、无异常情况，没有对车间正常生产造成不利影响。优化控制系统在确保各工艺约束条件的基础上，根据选定的优化目标“C5+稳定汽油辛烷值收率最大化”，对催化重整4个反应器入口温度进行连续的优化调整。

2.2 经济效益方案标定

2015年7月10日优化系统投用，期间装置生产方案为高苛刻度工况(RON为97)，优化方案选择总经济效益方案，拉曼分析仪测点为C7+重馏分汽油。

为了进行优化前后的效果对比，优化时段选取10日至12日高苛刻度稳定生产时段，共计48 h；空白时期选取8日至10日的高苛刻度稳定生产时段。

2.2.1 优化变量控制过程 优化控制系统投运前后，重整第一至第四反应器温度的设定值变化如图2所示。

图2 投用前后两天优化变量变化趋势

从图2可以看出，优化控制系统根据原料组成、反应条件的变化自动调整4段反应温度，通过对4段反应温度实时调整达到优化目标。

表3 优化前后的重整反应器进料温度平均值 ℃

从表3可以看出，优化投用后4个反应器的入口温度平均值也发生了一定变化，第一反应器温度降低1.12 ℃，第二反应器温度降低0.71 ℃，而第三反应器、第四反应器温度却有所提高，分别提高了1.28 ℃和1.36 ℃。

2.2.2 经济效益方案标定 选取优化控制系统投运前2天时间段为空白期，优化控制系统投运后2天时间段为优化期，优化前后原料和产品流量对比如表4所示。从表4可以看出：优化系统投用后，随着反应温度的不断优化调整，液化气收率下降，而C5+稳定汽油产品收率上升，同期C7+重馏分收率也上升，在其辛烷值无较大变化的情况下，C7+重馏分RON辛烷值收率上升；目标函数即总经济效益经历一定的波动后，较投用前有明显的提高，优化期总经济效益较空白期提升19.63元/t。

表4 空白期与优化期收率对比结果

3 结 论

(1) 综合2014年10月催化重整优化系统投用以来的运行情况，无论是在辛烷值收率方案期间还是经济效益方案期间，优化系统总体运行安全、平稳、无异常情况，均可以确保工艺约束条件在设定的范围内运行。

(2) 2014年10月辛烷值收率方案标定分析结果表明，C5+稳定汽油辛烷值收率优化期较空白期可以提高0.65百分点。

(3) 2015年7月经济效益方案标定分析结果表明，经济效益优化期较空白期提高了近19.63元/t，说明采用该优化系统可以提高重整装置的经济效益。

[1] 张大庆.半再生重整技术的现状及发展[J].石油炼制与化工，2007，38(12)：11-15

[2] 孙来周.优化重整操作 挖掘重整潜力[J].石化技术，2005，12(4)：18-22

APPLICATION OF OPTIMAL CONTROL SYSTEM IN CATALYTIC REFORMING UNIT OF QINGDAO PETROCHEMICALS AND EFFECT ANALYSIS

Ren Liping，Zhang Haifeng

(QingdaoPetrochemicalCo.Ltd.，Qingdao，Shandong，266043)

The optimal control system developed by Beijing optimipro control technology Co. Ltd. was used in reforming unit of Qingdao Petrochemicals. The operation of the control system was safe，stable and no abnormal situations. The use of this software ensured that the process constraint conditions were set within the scope of operation. By optimizing the inlet temperatures of four reactors，the octane number yield (the product of multiplying liquid yield by RON) and the economic benefit can be maximized. The octane yield of C5+stabilized gasoline enhances 0.65 percentage point higher than the blank reference and the economic benefit increases nearly ￥19.63/t.

optimization；reforming；octane number yield；benefit

2016-02-22。

任丽萍，大学本科，助理工程师，主要从事石油炼制技术管理工作。

张海峰，E-mail：zhf.qdsh@sinopec.com。