连续重整装置催化剂再生控制系统应用分析

赵博林 冉一宁 刘思宇 冯国发

（1.中国石油大港石化分公司；2.大连燕山石化工程设备有限公司）

连续重整催化剂再生工艺是将重整反应器中的催化剂通过反应器-再生器进行连续再生，使含碳后活性降低的催化剂在再生器内通过烧焦、氯化及干燥等步骤，恢复活性，然后将恢复了活性的催化剂再送回反应系统中重复使用，从而使重整反应能在高苛刻条件下连续、正常循环进行。

1 催化剂再生控制系统功能概述

UOP CycleMax 催化剂反再工艺流程如图1所示。

图1 UOP CycleMax 催化剂反再工艺流程

催化剂再生控制系统 （Catalyst Regeneration Control System，CRCS）的作用就是对接收到的来自反再装置的过程开关、阀位开关的信号和连续的过程参数进行运算，生成输出信号，操作阀门和报警，对催化剂在整个反再装置内按照设定参数运算结果进行循环流动控制，并在反再装置发生异常过程偏差和危险时， 对装置进行安全保护，以保证装置长周期、连续运行。

CRCS 对催化剂循环进行流动控制，包括：闭锁料斗循环控制，催化剂循环流速度控制，待生提升线速率限制控制， 循环周期时间计算控制，闭锁料斗上/下平衡阀、补偿阀及差压阀控制等。

CRCS 对催化剂反再装置进行安全保护，包括： 冷/热停、 所有电磁阀控制和阀位状态监控报警，氮气污染（氢烃含量）报警，待生/再生隔离系统开关、 调节系统中使用的各种化学品泵阀（氮气阀、空气阀、注氯泵、待生提升气阀、再生提升气阀、旁路）、加料料斗1/2、粉尘收集器、Cooldown Mode、二次结焦催化剂监控报警,白烧抑制监控报警及待生催化剂上积炭量监控报警等。

2 催化剂再生控制系统的特点

CRCS 可监测催化剂再生及流动过程中的各项指标，确保工艺性能达到最优，并确保对所涉及的催化剂流动和再生步骤中的氢气和氧气环境完全隔离，是反再系统连续运行和安全保护的最重要控制单元， 因此保证该控制系统的安全、稳定运行对提高连续重整装置再生器的运行效率、 保证催化剂性能和使用寿命有着重要的作用，其主要优点如下：

a. 优化了催化剂再生过程，实现了过程可控和运行效率最大化；

b. 再生器运行可靠，开工率高；

c. 开车和从非稳定操作状态下恢复稳定更快；

d. 对催化剂和设备进行保护，延长了催化剂的寿命，极大地减少了维护需求；

e. 确保安全运行；

f. 遇到异常情况，控制再生器自动停止；

g. 独立控制，CRCS 具有与DCS 通信的功能，可通过DCS 进行操控，也可随时从DCS 中独立出来，单独运行、控制。

3 催化剂再生控制系统的组成

反再系统是使含碳后活性降低的催化剂在再生器内通过烧焦、氯化及干燥等步骤，恢复其活性后再送回反应系统使用， 流程中具有氧气（空气）、氢气、氮气多气体环境，该环境危险、要求高度苛刻、操作安全性要求高、控制复杂且需连续循环运行，所以对安全保护可编程电子系统（PES）要求比较高，对控制PES 模拟/数字计算能力和控制功能要求均比较全面。

保护PES 的安全功能等级为SIL3，必须独立设置安全保护PES， 安全系统不能执行相关控制功能， 安全功能必须与非安全功能分开， 所以CRCS 采用两套PES 来分别实现CRCS 的安全保护和控制功能。 保护PES 是SIL3 级安全控制器，控制PES 采用功能全面、计算能力强大的PLC 系统，具有高可靠性和易操作性。CRCS 还提供了和工厂集散控制系统(DCS)进行双向通信的接口，操作员可以在DCS 上对工艺参数进行监视和控制。CRCS 还配有本地操作站计算机， 使得操作员可以在CRCS 操作站上直接操作。 此外，CRCS 还可以收集各种信息，用于系统诊断、工艺控制和控制器故障排除。 在系统设计上，执行安控分离原则，与装置安全保护、联锁动作有关的控制全部由保护PES 执行， 与装置催化剂反再提升流动、流量控制、参数设定、控制运算等有关的功能由控制PES 执行。

4 闭锁料斗循环控制

闭锁料斗的工艺流程如图2 所示。

图2 闭锁料斗的工艺流程

催化剂通过闭锁料斗，再通过整个再生器和反应器系统进行循环。 闭锁料斗用来调节催化剂的循环量。 催化剂以小批量方式循环通过闭锁料斗区，这种分批操作的周期时间确定了催化剂的循环量（循环速率）。

4.1 闭锁料斗的主要的功能

闭锁料斗的4 个主要功能如下：

a. 确定实际的催化剂循环速率，调节再生催化剂提升线差压控制器的设定值；

b. 调节待生催化剂提升限制器；

c. 按预定的模式打开和关闭两个平衡阀；

d. 利用差压(馈通)模式、斜坡模式和自适应模式控制补偿阀，将再生催化剂送达脉冲区（也叫缓冲区或波动区）。

4.2 闭锁料斗运行控制模式

闭锁料斗运行控制有3 个模式：差压、斜坡和自适应模式。 补偿阀和差压控制阀一起向闭锁料斗缓冲区供应增压气体以加压闭锁料斗区来保持闭锁料斗和再生催化剂二次提升气线间的压差平衡。 补偿阀系统可以降低由于两个平衡阀开关引起的闭锁料斗区的压力波动。 操作闭锁料斗时，可以按3 种不同模式操作补偿阀，但任一时刻只能采用一种模式。可以通过DCS 或操作员界面来选择差压模式和斜坡模式，但只能通过操作员界面来选择自适应模式。

表1 闭锁料斗运行控制模式说明

差压模式。 在差压模式中，补偿阀的操作等同差压阀，它根据来自闭锁料斗和再生催化剂二次提升线间的差压仪表的信号进行开、 关操作。这样，差压仪表不仅控制它自己的控制阀，还控制补偿阀，两阀并联操作。 该模式适用于闭锁料斗停车时存在的不可预见的情况。 差压模式也适用于闭锁料斗改变条件而再启动时初期的几个循环。 补偿阀将按该模式操作直到催化剂流动开始，操作员选择其他方式为止。

斜坡模式。 斜坡模式是闭锁料斗的正常操作运行方式。 补偿阀按照它的程序化曲线操作，该程序化曲线在各循环保持相同。 斜坡模式的补偿阀程序化模式是缺省模式， 其控制方式是运用固定斜坡曲线控制补偿阀。 斜坡模式适用于补偿阀保持闭锁料斗和再生催化剂二次提升线间差压平稳且闭锁料斗各次循环的条件相同的情况。

自适应模式。 自适应模式是在斜坡模式中由于设备性能及操作变化而对缺省斜坡曲线的优化，是非正常运行模式，在CRCS 中为倒计数运行，从斜坡模式运行进入，在倒计数结束后自动或未结束时手动选择退回到斜坡模式。 自适应模式补偿阀系统的功能就是减少闭锁料斗的两个均衡阀的启闭动作所导致的闭锁料斗缓冲区中的压力波动，其目标就是使得闭锁料斗缓冲区和再生催化剂二次提升管之间的差压保持恒定，从而将再生催化剂提升速率的波动减小到最低程度。 自适应模式中，与斜坡模式一样，补偿阀按照它的程序化模式操作。 然而，在自适应模式中，控制系统在“观察”周期和“计算”周期之间交替进行控制，当CRCS 在每两次（“观察”周期和“计算”两个周期阶段）闭锁料斗循环后改变补偿阀的程序化斜坡曲线。 自适应模式通过监测闭锁料斗和再生催化剂二次提升线间差压／闭锁料斗波动区再生催化剂提升气PDIC 控制器设定值和斜坡曲线值来对补偿阀斜坡曲线进行优化修正。

5 结束语

连续重整装置催化剂再生控制系统内部特有的算法和快速的响应能够保证重整反再过程高效、稳定运行,并结合其保护和控制方法能够保证装置生产的安全运行。