Способ, система и машиночитаемый носитель с программным продуктом для прогнозирования оптимальной температуры газо-сырьевой смеси на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива Российский патент 2023 года по МПК G06N3/02 C10G47/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Предложенное изобретение, в целом относится к системе и способу управления технологической установкой такой как, например, нефтеперерабатывающая установка облагораживания средних дистиллятов, и, в частности, к системе и способу для прогнозирования оптимальной температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ).

[0002] Кроме того, предложенное изобретение относится к машиночитаемому носителю, содержащему программный продукт, который при выполнении процессором обеспечивает возможность прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В настоящее время промышленность нефтепереработки имеет множество нерешенных проблем, связанных с введением более жестких требований к бензину, керосину и дизельному топливу для получения экологически чистых моторных топлив высокого класса. Сравнительно быстро меняющиеся требования вынуждают инвестировать средства в создание новых и модернизацию действующих установок.

[0004] Одним из основных методов облагораживания бензинов, дизельных топлив, газойлей и прочих нефтяных фракций являются гидропроцессы. Под облагораживанием в данной области техники понимается помимо прочего удаление из сырья соединений, содержащих в своем составе атомы серы. Сернистые соединения ухудшают качество топлив, вызывают повышенное коксо- и нагарообразование в двигателе, увеличивают выбросы в атмосферу оксидов серы. Гидроочистка (или гидрообессеривание) это процесс облагораживания сырья на активной поверхности катализатора в среде водородсодержащего газа (ВСГ).

[0005] На кинетику процесса гидроочистки оказывает значительное влияние ряд факторов, в число которых входят, например, температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции ВСГ, чистота циркулирующего газа, парциальное давление водорода, время контакта сырья с катализатором в реакционной зоне, активность катализатора. Реализация возможности контроля некоторых из этих параметров оператором технологической установки чрезвычайно сложна, однако эти параметры должны учитываться для осуществления эффективного управления установкой. При этом управление процессом осуществляется, в первую очередь, с помощью изменения температуры в реакционной зоне. Одним из вариантов управления технологическим процессом, которое может осуществлять оператор, является управление с помощью изменения температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ. До попадания в реактор сырье (дизельное топливо и/или легкий газойль) обычно смешивают с водородосодержащим газом и полученную ГСС нагревают в теплообменниках и/или печах средств нагревания ГСС. Например, температуру в печи изменяют за счет увеличения подачи топливного газа на форсунки печи. При этом в существующем уровне техники у оператора есть возможность задания температуры ГСС на входе в реактор с достаточной точностью. Таким образом, изменение температуры на входе в ГСС является очень эффективным, но нелинейным способом управления технологическим процессом гидроочистки с помощью которого можно, например, управлять качеством выходной продукции.

[0006] Таким образом, разработка моделей процессов гидроочистки нефтяных фракций и прогнозирование параметров этих процессов является важной задачей для обеспечения возможности прогнозирования выхода конечного продукта, его качества и параметров работы технологической установки, а также для планирования дальнейшего экономического эффекта. В настоящее время известно несколько подходов к моделированию и прогнозированию различных показателей для компонентов и этапов производственного процесса. Так, например, в статье «In-line estimation of sulfur and nitrogen contents during hydrotreating of middle distillates» Pacheco M.E., Salim V.M., Pinto J.C. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2009. 26(4), (p. 733-744) описан способ прогнозирования содержания серы в конечном продукте на основании анализа разницы между удельной плотностью исходного сырья и удельной плотностью конечных продуктов. В статье «Цифровой двойник. Моделирование процесса гидрооблагораживания нефтяных фракций с применением методов машинного обучения» [Электронный ресурс] // URL: https://magazine.neftegaz.ra/articles/tsifrovizatsiya/504792-tsifrovoy-dvoynik-modelirovanie-protsessa-gidrooblagorazhivaniya-neftyanykh-fraktsiy-s-primeneniem-m/ (дата обращения: 22.04.2020) для анализа остаточного содержания серы предлагается использовать модель процесса, использующую нейронную сеть с архитектурой «долгая краткосрочная память» (Long short-term memory, LSTM).

[0007] Несмотря на то, что известные в настоящее время подходы позволяют проектировать модели нефтехимических и нефтеперерабатывающих процессов, большинство из них либо являются чрезвычайно трудоемкими (прим. физико-химическое моделирование), либо сложными с точки зрения понимания конечной структуры разработанной модели (прим. машинное обучение), либо не обеспечивают достаточной точности прогнозирования.

[0008] В связи с этим в настоящее время существует потребность в создании способа, системы и машиночитаемого носителя с программным продуктом, позволяющих просто и с высокой точностью прогнозировать параметры технологического процесса в режиме реального времени, в частности прогнозировать оптимальную температуру ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ для оптимизации потребления энергоресурсов, целесообразного расходования ресурса катализатора и удержания качества производимого продукта на требуемом уровне.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Предложенные способ, система и машиночитаемый носитель обеспечивают возможность с требуемой точностью рассчитывать температуру на входе в реактор, которая обеспечит заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, что в свою очередь позволяет оптимизировать процесс гидроочистки дизельного топлива. Настоящее изобретение позволяет формировать рекомендации в режиме реального времени по поддержанию температуры ГСС на входе в реактор для использования остаточного ресурса катализатора, позволяет снизить частоту проведения лабораторных анализов, а также обеспечивает возможность заблаговременного расчета температуры ГСС на входе в реактор на основании данных об изменении плана по производству и технологических параметров.

[0010] Согласно первому аспекту изобретения предложена система для прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающая: блок приема значений параметров процесса гидроочистки, выполненный с возможностью приема значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные лабораторных анализов сырья на входе установки гидроочистки дизельного топлива и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ; блок хранения значений параметров, выполненный с возможностью сохранения принятых значений параметров процесса гидроочистки в виде одного или более временных рядов, при этом значения параметров процесса гидроочистки включают данные лабораторных анализов сырья на входе установки и гидроочищенного дизельного топлива на выходе установки и данные от датчиков установки ГО ДТ; блок фильтрации, выполненный с возможностью фильтрации сохраненных значений временных рядов с применением контрольных карт Шухарта; блок формирования и обучения модели, выполненный с возможностью: формирования обучающего множества на основании фильтрованных значений временных рядов, определения размера движущегося окна обучения на основании среднеквадратичного отклонения температуры ГСС на входе в реактор и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными и предсказываемыми значениями температуры на входе в реактор, формирования первой модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, при этом упомянутая модель является полиномиальной регрессионной моделью произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которой являются упомянутые параметры процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку 11, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ, и обучения модели на обучающем множестве с получением коэффициентов регрессии, обеспечивающих показатель соответствия моделируемой температуры ГСС на входе в реактор ретроспективным значениям выше заранее заданного уровня; при этом блок формирования и обучения модели также выполнен с возможностью формирования и обучения второй модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, которая отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение; блок прогнозирования, выполненный с возможностью прогнозирования температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй моделью.

[0011] Согласно одному из вариантов выполнения изобретения блок приема параметров может быть выполнен с возможностью получения новых значений параметров процесса гидроочистки, и блок формирования и обучения модели может быть выполнен с возможность автоматического переобучение моделей на основании упомянутых полученных новых значений параметров процесса гидроочистки.

[0012] Согласно другому варианту выполнения блок прогнозирования может быть выполнен с возможностью передачи данных о спрогнозированном значении температуры на входе в реактор на терминал оператора и/или инженера-технолога.

[0013] Согласно другому варианту выполнения блок прогнозирования может быть выполнен с возможностью передачи данных о спрогнозированном значении температуры на входе в реактор на блок управления установкой.

[0014] Согласно другому варианту выполнения блок формирования и обучения модели может быть выполнен с возможностью вычисления разницы между модельным значением температуры в точке и предварительно вычисленным значением приведенной температуры для исключения собственной статистической ошибки модели, при этом приведенная температура является температурой ГСС, рассчитанная для заранее заданных параметров.

[0015] Согласно второму аспекту изобретения предложена система для прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающая: блок приема значений параметров процесса гидроочистки, выполненный с возможностью приема значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные лабораторных анализов сырья на входе установки гидроочистки дизельного топлива и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ; блок хранения значений параметров, выполненный с возможностью сохранения принятых значений параметров процесса гидроочистки; блок прогнозирования, выполненный с возможностью прогнозирования температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй обученными полиномиальными регрессионными моделями со смежными членами, при этом регрессорами первой модели являются параметры процесса гидроочистки, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ; и вторая модель отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение.

[0016] Согласно третьему аспекту изобретения предложен способ прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающий: прием и сохранение значений параметров процесса гидроочистки в виде одного или более временных рядов, при этом значения параметров процесса гидроочистки включают данные лабораторных анализов сырья на входе установки и гидроочищенного дизельного топлива на выходе установки и данные от датчиков установки ГО ДТ; фильтрация значений временных рядов с применением контрольных карт Шухарта; формирование обучающего множества на основании фильтрованных временных рядов; определение размера движущегося окна обучения на основании среднеквадратичного отклонения температуры ГСС на входе в реактор и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными и предсказываемыми значениями температуры на входе в реактор; формирование первой модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, при этом упомянутая модель является полиномиальной регрессионной моделью произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которой являются упомянутые параметры процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник 15 смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку 11, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ; обучение первой модели на обучающем множестве с получением коэффициентов регрессии, обеспечивающих показатель соответствия моделируемой температуры ГСС на входе в реактор ретроспективным значениям выше заранее заданного уровня; формирование и обучение второй модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, которая отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение; прогнозирование температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй моделью.

[0017] Согласно одному из вариантов выполнения способ может дополнительно включать шаг получения новых значений параметров процесса гидроочистки и автоматическое переобучение модели на основании упомянутых новых значений параметров процесса гидроочистки.

[0018] Согласно другому варианту выполнения способ может дополнительно включать шаг передачи спрогнозированного значения температуры на входе в реактор на терминал оператора и/или инженера-технолога.

[0019] Согласно другому варианту выполнения способ может дополнительно включать шаг передачи спрогнозированного значения температуры на входе в реактор на блок управления установкой.

[0020] Согласно другому варианту выполнения способ может дополнительно включать вычисление разницы между модельным значением температуры в точке и предварительно вычисленным значением приведенной температуры для исключения собственной статистической ошибки модели, при этом приведенная температура является температурой ГСС, рассчитанная для заранее заданных параметров.

[0021] Согласно четвертому аспекту изобретения предложен способ прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающий: прием и сохранение значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные от датчиков установки ГО ДТ и данные лабораторных анализов сырья на входе установки и гидроочищенного дизельного топлива на выходе установки; прогнозирование температуры на входе в реактор путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы между первой и второй обученными полиномиальными регрессионными моделями со смежными членами, при этом регрессорами первой регрессионной модели являются параметры процесса гидроочистки, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник 15 смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку 11, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ; и вторая регрессионная модель отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение.

[0022] Согласно пятому аспекту изобретения предложен машиночитаемый носитель, хранящий программный продукт с программными инструкциями, при исполнении которых процессором обеспечивается выполнение одного из указанных выше способов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] Далее описаны неограничивающие примеры предпочтительных вариантов выполнения предложенного изобретения со ссылкой на чертежи, которые иллюстрируют раскрытые примеры предпочтительных вариантов выполнения и не ограничивают объем изобретения. На чертежах:

[0024] на фиг. 1 схематически изображена типовая установка гидроочистки дизельного топлива в соответствии с уровнем техники;

[0025] на фиг. 2 схематически изображена установка гидроочистки дизельного топлива с системой для прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор, выполненной в соответствии с предложенным изобретением;

[0026] на фиг. 3 представлены графики результатов опытного пробега разработанных моделей.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

[0027] На фиг. 1 показан пример типовой установки 11 гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), содержащей, без ограничения указанным, два реактора 12, которые могут быть использованы одновременно. Такая конфигурация установки 11 обеспечивает ведение гидроочистки по двум независимым параллельным потокам сырья, что позволяет проводить ремонтные работы без полной остановки производства. Для специалиста в данной области техники очевидно, что установка 11 ГО ДТ может содержать другое количество реакторов, например, один или более двух.

[0028] Сырье из буферных емкостей 13 резервуарного парка посредством насоса 14 подается в тройник 15 смешения, в котором происходит смешение сырья с циркулирующим водородосодержащим газом (ЦВСГ). В качестве сырья могут выступать, например, легкий газойль и прямогонные дизельные фракции. После смешения газо-сырьевая смесь нагревается в средствах 16 нагревания ГСС, которые могут включать печи и/или теплообменники, и подается на вход реактора 12.

[0029] Давление ЦВСГ в системе циркуляции водородсодержащего газа обеспечивается компрессором 17 ЦВСГ, при этом для поддержания требуемой концентрации водорода в систему циркуляции водородсодержащего газа посредством компрессора 18 подпиточного ВСГ может подаваться водород, получаемый, например, на установках по производству водорода и/или каталитического риформирования нафты.

[0030] Реактор 12 гидроочистки является основным оборудованием процесса гидроочистки и представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с выпуклым днищем сферической или близкой к эллиптической формы, высота которого больше его диаметра. По числу слоев катализатора реактор 12 может быть одно-, двух- и многосекционным: для установок гидрообессеривания дистиллятов типичны реакторы с одним или двумя слоями катализатора, а для установок гидрокрекинга с четырьмя - пятью. В реактор может подводиться холодный рециркулирующий ВСГ (квенч) в качестве дополнительного рычага по контролю за температурой в реакторе 12. Сверху и снизу слои катализатора могут быть ограничены слоями фарфоровых шариков и/или защитными слоями, более крупными, чем частицы катализатора.

[0031] В ходе эксплуатации слой катализатора становится менее проницаемым. Особенно это относится к верхней его части. Поэтому перепад давления в реакторе 12 в конце рабочего пробега больше, чем в начале. Данный эффект объясняется рядом факторов, например, накоплением в слое продуктов коррозии и кокса, уменьшением прочности частиц катализатора, спеканием и др. С увеличением перепада давления растут затраты на циркуляцию водородсодержащего газа.

[0032] Дезактивация катализатора приводит к снижению активности катализатора и, как следствие, к уменьшению степени обессеривания. Для уменьшения воздействия на процесс гидроочистки фактора дезактивации катализатора повышают расход подпиточного ВСГ или давление газо-сырьевой смеси на входе в реактор, или увеличивают парциальное давление водорода в смеси. Одним из основных методов нивелирования дезактивации катализатора является повышение температуры сырьевого потока на входе в реактор. Повышение температуры сырьевой смеси на входе в реактор вследствие дезактивации катализатора ведет к увеличению выхода побочных продуктов газа и бензина, и поэтому снижает эффективность работы установки гидроочистки ДТ.

[0033] Выделяют три основные причины дезактивации катализатора: спекание или термическая дезактивация, отравление и блокировка активных центров коксом.

[0034] К уменьшению поверхности носителя, а также к "коалесценции" или потере дисперсности кристаллитов металла приводит спекание катализатора. Потеря дисперсности приводит к резкому снижению активности. Отравление примесями протекает под воздействием адсорбции на активных центрах малых количеств вещества, называемого ядом и специфического для данного катализатора.

[0035] В реактор 12 сырье подается через штуцер, который может располагаться в верхней части реактора 12, и равномерно распределяется по всему сечению реактора 12. Кроме того, в реакторе 12 может быть обеспечен радиальный ввод сырья. В целях очистки сырья от механических примесей могут быть использованы сетчатые корзины, погруженные в верхний слой катализатора. Сетчатые корзины являются не только фильтрующим устройством, но и служат для равномерного распределения по горизонтальному сечению реактора 12 сырья с газами.

[0036] В уровне техники известно множество видов катализаторов, применяемых для гидроочистки. В большинстве мировых и российских предприятий наибольшее распространение получили алюмокобальтмолибденовые (АКМ), алюмоникель-молибденовые (АНМ) и смешанные алюмоникелькобальтмолибденовые (АНКМ) катализаторы. В процессах глубокого гидрирования соединений с содержанием азота, а также ароматических соединений, парафинов и масляных фракций, применяют алюмоникель- или алюмокобальтвольфрамовые катализаторы (АНВ или АКВ). Выбор конкретного катализатора зависит от требуемых на производстве физических и химических характеристик, формы и физической прочности частиц, селективности, гидрирующей активности, активности обессеривания, диапазонов рабочего давления и др.

[0037] Детальное описание реакций не приводятся в настоящей заявке, так как реакции гидроочистки зависят от состава промышленного сырья. Нефтяные фракции, в зависимости от интервала их кипения, могут содержать от нескольких сотен до нескольких тысяч различных соединений. Это подразумевает огромное множество последовательно и параллельно протекающих реакций. Ввиду высокой степени полидисперсности углеводородных смесей химическая активность реагентов, участвующих в таких реакциях, меняется в широких пределах.

[0038] Основными факторами процесса гидроочистки в реакторе 12 являются, например, температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции ВСГ, чистота циркулирующего газа, физико-химические характеристики катализатора.

[0039] Температура. Температура реакций один из важнейших параметров процесса. К ней очень чувствительны глубина и избирательность реакций гидроочистки и гидрокрекинга, так как с увеличением температуры константы их скоростей возрастают экспоненциально. С другой стороны, увеличение температуры реакции неизбежно ускоряет коксообразование вследствие роста скорости конденсации нестабильных продуктов крекинга. Поэтому для достижения требуемой избирательности температуру необходимо подбирать в соответствии с химией процесса. Контроль температуры реакции может быть осуществлен, например, посредством изменения температуры ГСС, входящей в реактор 12, с помощью средств 16 нагревания ГСС. Например, может быть обеспечена возможность изменения температуры в печи за счет увеличения подачи топливного газа на форсунки печи. Кроме того, температура реакции может быть изменена посредством изменения других параметров, например, посредством изменения объема поступающего в реактор 12 сырья с помощью соответствующих клапанов, компрессоров, насосов и т.п.

[0040] Гидроочистку средних дистиллятов проводят в интервале температур достаточно высоких для почти полного завершения реакций гидрообессеривания (330-390°С). При более высоких температурах возможно расщепление легких углеводородов вследствие термического крекинга и, в случае гидроочистки, неблагоприятного смещения равновесия реакции гидрирования ароматических соединений. Повышение температуры дает несколько побочных эффектов, которые нуждаются в тщательной оценке. Даже небольшое превышение температуры выше приемлемых значений ведет к потере избирательности и чрезмерной активации катализатора. Поэтому для каждого отдельного случая существует определенная предельно допустимая температура. Увеличение температуры реакции неизбежно ускоряет коксообразование вследствие роста скорости конденсации нестабильных продуктов крекинга. Высокие температуры увеличивают степень обессеривания, но в тоже время ускоряют необратимую потерю активности из-за осаждения металлов. Температуры выше 410°С способствуют термическому крекингу ценных углеводородных компонентов с образованием значительных количеств низкомолекулярных жидкостей и газов. Кроме того, крекинг остатков в жестких условиях может вызвать образование осадков, склонных загрязнять оборудование всех видов.

[0041] В промышленных реакторах с неподвижным слоем температура по мере продвижения вниз по слою возрастает. По этой причине основную проблему в операциях гидроочистки составляет контроль температуры, например, с помощью задания определенной температуры ГСС на входе в реактор 12 с помощью средств 16 нагревания ГСС. Обычно для ограничения тепловыделения меньшими и безопасными порциями общий объем катализатора распределяют по нескольким слоям с промежуточным охлаждением между ними. Для гидроочистки бензиновой фракции и керосина обычно достаточно одного слоя, так как тепловыделение сравнительно невелико, но в случае более тяжелого сырья однослойный реактор может оказаться нецелесообразным ввиду чрезмерного роста температуры. В подобных случаях каталитические слои располагают так, чтобы добиться более благоприятного распределения температур.

[0042] На распределение температур в реакторе 12 влияет также потеря активности катализатора. В течение цикла ее компенсируют периодическим увеличением температуры, вследствие чего амплитуда профиля температур постепенно смещается вверх. Когда верхняя граница температуры достигает предельно допустимой для материала конструкции реактора, цикл прекращают. В конце рабочего пробега средняя температура в реакторе 12 может превышать первоначальную, например, на 20-60°С. Если температура по оси реактора 12 распределена неправильно, возможна преждевременная вынужденная остановка - особенно при быстрой потере активности, как при гидрооолагораживании остатков. В таких случаях желательно выбрать минимально возможную величину прироста температуры в слое, чтобы задержать момент достижения предельно допустимой температуры. Это означает увеличение числа слоев и соответственно габаритов реактора, что необходимо для размещения дополнительного оборудования промежуточного охлаждения.

[0043] Таким образом, гидрогенизационное обессеривание нефтяных фракций -процесс экзотермический. Поэтому температура газо-сырьевой смеси по мере прохождения ею слоя катализатора повышается. В общем, чем выше расход водорода на реакции, тем больше, выделяется тепла. Для обеспечения возможности регулирования температуры по высоте ректора 12 обеспечивают возможность введения холодного водородсодержащего газа (квенча) в зоны между слоями катализатора.

[0044] Давление. На процесс гидроочистки влияет как общее давление в реакторе 12, так и парциальное давление водорода. Степень обессеривания увеличивается с возрастанием общего давления в реакторе 12 или, точнее, парциального давления водорода. При этом замедляются реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, уменьшается закоксовывание катализатора, ускоряются реакции насыщения водородом непредельных углеводородов и гидрогенизации ароматических углеводородов. Общий расход водорода с ростом давления увеличивается.

[0045] Хотя повышение парциального давления водорода играет положительную роль, для него есть определенные практические ограничения. Допустимое давление ограничено техническими характеристиками оборудования. Поэтому, чтобы максимально приблизить парциальное давление водорода к проектному, важно поддерживать чистоту циркулирующего водорода на максимально высоком уровне. Другой фактор, ограничивающий давление - сильное удорожание реактора: для поддержания высокого рабочего давления необходимо увеличивать толщину его стенки.

[0046] При существенном повышении общего давления часть сырья, даже сравнительно легкого, например, дистиллята дизельного топлива, поступает в реактор 12 в жидком состоянии, что негативным образом влияет на эффективность процесса, так как скорость диффузии водорода через жидкие углеводороды мала, а активные центры катализатора в заполненных жидкостью порах практически не участвуют в реакциях.

[0047] Объемная скорость подачи сырья. Уменьшение длительности контакта в результате повышения объемной скорости подачи сырья (отношения объема жидкого сырья, поступающего за 1 час к объему катализатора, считая по насыпной плотности) снижает глубину обессеривания. В результате уменьшаются расход водорода и степень закоксовывания катализатора.

[0048] Кратность циркуляции ВСГ. В промышленной практике процессы гидроочистки осуществляют с избыточным количеством водорода, учитывая, что с ростом его парциального давления скорости реакций повышаются. Скорость циркуляции выбирается исходя из целей процесса и экономических соображений. Если ее величина ниже расчетной, усиливается коксообразование и уменьшается степень превращения. Скорость циркуляции особенно важна для продления цикла службы катализатора, который по этой причине обычно проводят при очень высоких значениях кратности водорода к сырью (1000-2000 н. м³/м³). Вместе тем поддержание высокой скорости циркуляции требует увеличения расхода теплоносителей и более мощного компрессора.

[0049] Циркуляция газа влияет на равновесие жидкой и газовой фаз в реакторе. Большинство установок гидроочистки работает с частично испаренным углеводородным сырьем. Это обстоятельство влияет на состав газа и скорости реакций. Повышением кратности водорода к сырью можно добиться концентрирования наиболее тяжелых и стойких соединений в жидкой фазе и увеличения времени их контакта с катализатором. Но, с другой стороны, увеличение скорости циркуляции газа может привести к тому, что некоторые вещества в испаренной фракции не будут иметь доступа к активным центрам частиц катализатора.

[0050] При прохождении каждого слоя в реакторе кратность водорода к сырью снижается из-за его химического расхода. Промежуточное охлаждение играет роль источника пополнения водородом на входе в следующий слой. Распределение кратности водорода к сырью вдоль оси реактора обратно пропорционально распределению температуры.

[0051] Существует оптимальная кратность циркуляции ВСГ. Низкая степень обессеривания сырья при малой кратности циркуляции объясняется недостаточной подачей в реактор 12 молекулярного водорода. Снижение степени обессеривания при расходе газа выше оптимального, но с прежней пропускной способностью реактора 12 по сырью, связано с уменьшением длительности контакта его с катализатором. Кратность циркуляции газа для различных условий может составлять 220-700 нм³/м³ жидкого сырья. Энергетические затраты на сжатие ЦВСГ компрессором 17 растут с увеличением кратности водорода к сырью, а также гидравлического сопротивления системы циркуляции ВСГ, оцениваемого по разности давлений ЦВСГ на выходе из компрессора 17 и на входе в него.

[0052] При прочих равных условиях с увеличением кратности водородсодержащего газа к сырью-дистилляту количество неиспарившегося сырья уменьшается и при достижении достаточно высокой кратности в реактор 12 поступает однофазная газопаровая смесь.

[0053] Чистота циркулирующего газа. Для гидроочистки часто используют водородсодержащий газ с установок каталитического риформинга, кроме того могут быть использованы специализированные установки по производству водорода. Очевидно, что концентрация водорода в подпиточном газе может варьироваться в зависимости от предъявляемых требований. В ЦВСГ содержание водорода обычно несколько ниже, так как к поступающим извне балластным газам (в составе свежего газа) присоединяются газообразные углеводороды, образующиеся в реакторе 12. Однако на некоторых установках концентрация водорода в ЦВСГ может быть выше, чем в подпиточном ВСГ, вследствие использования многоступенчатой очистки в блоке 19 очистки.

[0054] В блоке 19 очистки происходит сепарация поступающих с выхода реактора 12 продуктов реакции в виде парогазовой смеси на обогащенный сероводородом ЦВСГ, гидроочищенный бензин и/или ГО ДТ, а также очистка обогащенного сероводородом ЦВСГ от продуктов реакции с сырьем. Для упрощения понимания настоящего изобретения, соответствующие известные в уровне техники устройства (холодильники, теплообменники, конденсаторы, сепараторы, стабилизационные колонны, секции промывки и т.п.), входящие в состав блока 19 очистки, не показаны на чертежах и не раскрываются в настоящем описании.

[0055] В соответствии с изобретением предложена система 20 прогнозирования, выполненная с возможностью прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор 12 установки 11 ГО, использующая модели прогнозирования, представляющие из себя модели математической регрессии. В качестве регрессоров, входящих в состав моделей, выступают ключевые параметры технологического процесса и показатели качества сырьевых и продуктовых потоков.

[0056] В одном варианте выполнения, показанном на фиг. 2, система 20 прогнозирования включает блок 21 приема значений параметров процесса гидроочистки, блок 22 хранения значений параметров, блок 23 фильтрации, блок 24 формирования и обучения модели и блок 25 прогнозирования.

[0057] Блок 21 приема значений параметров выполнен с возможностью приема значений физических и/или химических параметров процесса гидроочистки от датчиков, размещенных на установке 11. Блок 21 приема значений параметров совместно с датчиками может представлять собой, например, промышленную систему сбора данных (ССД), то есть набор аппаратных или программно-аппаратных средств, осуществляющий сбор, выборку, преобразование, хранение и первоначальную обработку различных входных аналоговых и/или цифровых сигналов. Датчики также могут быть конструктивно и функционально обособленными устройствами, содержащими один или более первичных измерительных преобразователей, формирующих сигнал с информацией об измерении в форме, которая совместима с блоком 21 приема значений параметров. Сигнал от каждого из датчиков может быть передан в блок 21 приема значений параметров посредством, например, проводного, оптоволоконного, беспроводного соединения или их комбинации.

[0058] В одном варианте выполнения датчики могут включать один или более из следующего: датчик R1 расхода сырья на нитку, который может быть установлен на технологической линии перед тройником 15 смешения, датчик R5 расхода сырья на установку 11, который может быть установлен на технологической линии между буферной емкостью 13 и тройником 15 смешения, датчик R6 расхода подпиточного ВСГ на установку 11, который может быть установлен на входе в систему циркуляции ВСГ, датчик R7 расхода ЦВСГ в тройник 15 смешения, который может быть установлен на входе ЦВСГ в тройник 15 смешения, датчики R8 расхода ДТ и R9 бензина на выходе установки 11, которые могут быть установлены на выходах блока 19 очистки, датчик R10 расхода легкого газойля (ЛГ) на установку 11, датчик R11 температуры ГСС на входе в реактор 12, который может быть установлен на линии подачи сырья перед входом в реактор 12, датчик R12 давления на выходе из средств 16 нагревания, который может быть установлен на выходе печи нагревания ГСС.

[0059] Кроме того, блок 21 приема значений параметров может быть выполнен с возможностью приема данных лабораторных анализов, например, данных о содержании R13 серы в конечном продукте, данных о точке R2 выкипания 50% сырья на входе в установку 11, данных о точке R3 выкипания 95% сырья на входе в установку 11, данных о плотности R4 сырья на входе в установку 11.

[0060] Принятые блоком 21 приема значений параметров последовательности значений передаются в блок 22 хранения значений параметров для индексирования этих значений по времени измерения или по времени получения и сохранения в виде временных рядов. При этом блок 22 хранения значений параметров может быть выполнен с возможностью сохранения значений различных параметров в виде множества одномерных временных рядов, каждый из которых отражает развитие во времени только одного процесса, или в виде одного или множества многомерных временных рядов, каждый из которых содержит наблюдения за изменением более одного параметра. Значения временного ряда получаются путем регистрации соответствующего параметра исследуемого процесса через определенные промежутки времени. При этом в зависимости от природы данных и характера решаемых задач может регистрироваться либо текущее значение, либо сумма значений, накопленная на определенном интервале времени.

[0061] Ввиду того, что данные отдатчиков и данные лабораторных анализов могут фиксироваться через неравные интервалы времени, блок 22 хранения значений параметров может быть также выполнен с возможностью агрегирования данных.

[0062] В целом блок 22 хранения значений параметров может быть выполнен с возможностью записи, хранения, обработки данных и обеспечения доступа к данным. Блок 22 хранения значений параметров может быть выполнен с использованием любого вида энергозависимых или энергонезависимых запоминающих устройств или их комбинации, таких как статическое оперативное запоминающее устройство (SRAM), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), постоянное запоминающее устройство (ROM), магнитная память, флэш-память, магнитный или оптический диск, дисковый массив или другое запоминающее устройство или любой другой носитель, выполненный с возможностью хранения требуемых данных, и к которому можно обращаться с помощью вычислительного устройства. Кроме того, для реализации блока 22 хранения значений параметров могут применяться комбинации и совокупности любых вышеуказанных устройств. Для выполнения обработки данных и их индексирования блок 22 хранения значений параметров может также включать специализированное вычислительное устройство и/или вычислительное устройство общего назначения, выполненное с возможностью осуществления требуемых операций.

[0063] Для повышения точности работы модели прогнозирования исходные данные, сохраненные в виде временных рядов, могут быть подвергнуты фильтрации в блоке 23 фильтрации. Блок 23 фильтрации может быть реализован с помощью одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых сигнальных процессоров (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых вентильных матриц (FPGA), контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров или других электронных элементов. Блок 23 фильтрации может быть также реализован на базе персонального или промышленного компьютера достаточной вычислительной мощности или распределенной сети таких вычислительных средств. Блок 23 фильтрации может быть также оборудован интерфейсом ввода/вывода, обеспечивающим интерфейс между блоком 23 фильтрации и периферийными устройствами, например, клавиатурой, дисплеем и т.п.Периферийные устройства могут быть использованы, например, для внесения изменений в программный код, под управлением которого блок 23 фильтрации выполняет свои функции.

[0064] В настоящем изобретении алгоритмы фильтрации исходных данных базируются на принципе контрольных карт Шухарта. Перед формированием матрицы переобучения модели, на вход блока 23 фильтрации поступают данные в "сыром" виде за период, который определяется числом точек лабораторного анализа (или окном переобучения). При этом поступающие данные являются наборами векторов разной длины, из которых будет составляться матрица переобучения. Далее идет работа с каждым вектором в цикле. В одной итерации обрабатывается один вектор для матрицы переобучения. Для каждого вектора происходит разбиение на N подгрупп (например, N=5), и формируется матрица подгрупп и вектор размахов каждой подгруппы. После этого определяется средняя размахов для всех подгрупп, а также верхняя и нижняя контрольные границы, коэффициенты границ выбираются в соответствии с таблицей заранее заданных коэффициентов для вычислений линий контрольных карт. Далее в текущем векторе определяются и удаляются группы, выходящие за контрольные границы. Эти группы не учувствуют в переобучении.

[0065] Выполнение фильтрации исходных данных позволяет повысить точности работы модели вследствие того, что обучение модели осуществляется только на корректном наборе исходных данных, из состава которых исключены выбросы, «битые» и ошибочные значения.

[0066] Блок 23 фильтрации может быть также выполнен с возможностью дополнительной фильтрации и преобразования исходных данных (временных рядов) известными в уровне техники способами для получения обучающего множества.

[0067] В одном варианте выполнения система 20 прогнозирования включает также блок 24 формирования и обучения модели. Блок 24 формирования и обучения модели может быть реализован с помощью одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых сигнальных процессоров (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых вентильных матриц (FPGA), контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров или других электронных элементов. Блок 24 формирования и обучения модели может быть также реализован на базе персонального или промышленного компьютера достаточной вычислительной мощности или распределенной сети таких вычислительных средств. Блок 24 формирования и обучения модели может быть также оборудован интерфейсом ввода/вывода, обеспечивающим интерфейс между блоком 24 формирования и обучения модели и периферийными устройствами, например, клавиатурой, дисплеем и т.п. Периферийные устройства могут быть использованы, например, для внесения изменений в программный код, под управлением которого блок 24 формирования и обучения модели выполняет свои функции. В настоящем изобретении для построения модели прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор установки ГО используется регрессионный анализ, который, как было выявлено авторами изобретения, является оптимальным для решения поставленной задачи и позволяет найти корреляции между входными и выходными переменными. При этом каждый входной параметр влияет на результирующее значение со своим определенным весом - коэффициентом регрессии, что позволяет оценить физическую достоверность модели.

[0068] Блок 24 формирования и обучения модели может быть выполнен с возможностью определения оптимального размера движущегося окна обучения. При этом расчет может производиться на основании среднеквадратичного отклонения температуры ГСС на входе в реактор и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными (историческими) и предсказываемыми значениями температуры на входе в реактор. Для каждого из заранее заданной выборки размеров движущегося окна обучения производится расчет коэффициентов корреляции и выбирается тот размер, который обеспечивает наибольший коэффициент корреляции. Определение обучающего окна позволяет выделить наиболее значащие данные в истории процесса. Из всей временной выборки выделяется некоторое количество последних точек, используемых для обучения для исключения старых и слабо-влияющих данных.

[0069] Кроме того, блок 24 формирования и обучения модели может быть выполнен в виде программно-аппаратного комплекса, обеспечивающего возможность задания размера движущегося окна обучения оператором вручную.

[0070] Блок 24 формирования и обучения модели может быть также выполнен с возможностью оценки относительной значимости регрессоров, поиска мультиколлинеарных регрессоров, расчета коэффициентов регрессии, оценки соответствия модели ретроспективным данным, добавления и устранения коэффициентов регрессии, а также для выполнения другой функциональности, позволяющей повышать показатели качества модели.

[0071] Совмещение переобучающихся полиномиальных регрессионных моделей с оптимальной величиной движущегося окна обучения моделей позволяет значительно увеличить точность сформированной модели. При этом большее количество степеней свободы позволяет строить более точные модели за счет усложнения вычислительного процесса.

[0072] В одном из вариантов выполнения блок 24 формирования и обучения модели позволяет формировать полиномиальные модели произвольного порядка со смежными членами для построения моделей, более точно приближенных к реальным нелинейным системам. Полиномы более первого порядка включают в себя произведения регрессоров и их степеней более первой. Блок 24 формирования и обучения модели дополнительно может быть выполнен с возможностью построения прогнозных моделей для отражения влияния текущих показаний технологических параметров на возможные последующие изменения в конечном продукте.

[0073] В одном из вариантов выполнения блок 24 формирования и обучения модели может быть выполнен с возможностью коррекции влияний отдельных технологических параметров для наиболее точной отработки возможных возмущений. Данная функциональность может быть реализована, например, с помощью прибавления к итоговому результату произведения изменения по параметру на модифицирующий коэффициент при накоплении существенного возмущения по модифицирующему параметру.

[0074] В модель прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12 установки 11 ГО ДТ, могут быть включены, например, следующие регрессоры: расход R1 сырья на нитку, точка R2 выкипания 50% сырья на входе в установку 11, точка R3 выкипания 95% сырья на входе в установку 11 гидроочистки, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R5 сырья на установку 11 гидроочистки, расход R6 подпиточного ВСГ на установку 11 гидроочистки, расход R7 ЦВСГ в тройник 15 смешения, расход R8 ДТ на выходе установки 11, расход R9 бензина на выходе установки 11, расход R10 ЛГ на установку 11, температура R11 газо-сырьевой смеси на входе в реактор 12, давление R12 на выходе из печи, содержание R13 серы в ГО ДТ, содержание R14 серы в сырье, перепад R15 давления между входом и выходом реактора, перепад R16 температуры между входом и выходом реактора.

[0075] Авторами настоящего изобретения было установлено, что для получения приемлемых показателей качества модели (коэффициент корреляции = 0,97; стандартное (среднеквадратическое) отклонение = 2,4), в модель, предпочтительно, должны быть включены следующие регрессоры: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R7 ЦВСГ в тройник 15 смешения, расход R10 ЛГ на установку 11, давление R12 на выходе из печи, содержание R13 серы в ГО ДТ.

[0076] В одном из вариантов выполнения уравнение регрессии математической модели может иметь следующий вид:

Т=C₁R₁+C₄R₄+C₇R₇+C₁₀R₁₀+C₁₂R₁₂+C₁₃R₁₃

где T - температура ГСС на входе в реактор, Ci - коэффициент, Ri - регрессор.

[0077] Для удобства перечень регрессоров, включенных в указанную выше модель температуры ГСС, представлен в следующей таблице:

[0078] В настоящем изобретении такую модель называют моделью прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12 (T_model).

[0079] Блок 24 формирования и обучения модели может быть также выполнен с возможностью формирования и обучения дополнительной модели с фиксированной серой (T_fix) на основании модели прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12. По существу, модель T_fix с фиксированной серой является копией модели T_model прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12, в которой для регрессора «содержание R13 серы в ГО ДТ» установлено фиксированное значение. Такое фиксированное значение может быть выбрано исходя из требований, предъявляемых к конечному продукту гидроочистки. Например, для регрессора R13 может быть задано фиксированное значение 8 ppm (0.0008%).

[0080] Блок 24 формирования и обучения модели может быть также выполнен с возможностью переобучения моделей при дальнейшем накоплении исторической выборки, например, с поступлением новых данных лабораторных анализов, с изменением коэффициентов регрессии (автоматически, при необходимости). Это позволяет корректировать приближенные функции моделей в окрестности текущей точки равновесия реального нелинейного процесса, тем самым повышая их точность.

[0081] Предпочтительно все данные по технологическим параметрам поступающие в модели берутся с усреднением в час.

[0082] Блок 21 приема значений параметров также может быть выполнен с возможностью приема второго набора значений, которые могут представлять собой значения параметров процесса гидроочистки, которые не входят в обучающее множество, то есть не являются ретроспективными. Блок 21 приема значений параметров также может быть выполнен с возможностью приема значений отдельных параметров от оператора и/или инженера-технолога, например, для прогнозирования влияния на содержание серы изменения одного из параметров, входящих в модель.

[0083] Сформированные и обученные блоком 24 формирования и обучения модели, а также данные, полученные от блока 21 приема значений параметров, поступают в блок 25 прогнозирования, выполненный с возможностью вычисления или прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор 12, то есть температуры, которая обеспечит требуемое качество конечного продукта, например, содержание серы в заранее заданном диапазоне от заранее заданного порогового значения. Для этого блок 25 прогнозирования выполнен с возможностью сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор 12, полученной от датчиков, в текущий момент и разницы температур между моделями (T_model - T_fix). Под разницей температур между моделями в настоящем изобретении понимается разница между значениями температур, рассчитанными для данного технологического параметра в конкретный момент времени.

[0084] Блок 25 прогнозирования может быть реализован с помощью одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых сигнальных процессоров (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых вентильных матриц (FPGA), контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров или других электронных элементов. Блок 25 прогнозирования может быть также реализован на базе персонального или промышленного компьютера достаточной вычислительной мощности или распределенной сети таких вычислительных средств. Блок 25 прогнозирования может быть также оборудован интерфейсом ввода/вывода, обеспечивающим интерфейс между блоком 25 прогнозирования и периферийными устройствами, например, клавиатурой, дисплеем и т.п. Периферийные устройства могут быть использованы, например, для внесения изменений в программный код, под управлением которого блок 25 прогнозирования выполняет свои функции.

[0085] Таким образом, указанные модели могут быть использованы в текущий момент времени для оперативного корректирования температуры на входе в реактор, в случае необходимости, для получения ГО ДТ с количеством серы, равным, например, 8 ppm. Обновление и выдача рекомендаций по моделям может осуществляться с частотой 1 раз в час, без необходимости ожидания результатов ходового лабораторного контроля, выполняемого с частотой 1 раз в 8 часов.

[0086] Результаты прогнозирования оптимальной температуры и других технологических параметров могут быть направлены на терминал 26 оператора и/или инженера-технолога для отображения на экране терминала 26 оператора и/или инженера-технолога, например, посредством построения соответствующих графиков. При этом визуализация технологического процесса на экране терминала 26 оператора и/или инженера-технолога может осуществляться в режиме реального времени. Терминал 26 оператора и/или инженера-технолога может также обеспечивать возможность выбора дополнительных объектов и параметров для анализа и мониторинга с помощью соответствующих элементов интерфейса пользователя.

[0087] Пример выводимой на экран терминала 26 оператора и/или инженера-технолога информации показан на фиг. 3, где представлены результаты опытного пробега моделей сформированных и обученных для реальной установки ГО ДТ. Необходимо отметить, что представленные модели были построены на малом количестве данных - около 165 точек (по лабораторным анализам). Тем не менее, по результатам опытного пробега получены приемлемые результаты удовлетворительного качества. В целом, в ходе опытного пробега была доказано, что модель прогнозирования температуры работает адекватно, при этом дальнейшее накопление исторической выборки и дополнительное переобучение модели обеспечит повышение ее точности. На графиках можно видеть, что со 02 сентября, когда модель температуры (model) отлично отреагировала на требуемое изменение температуры на входе в реактор, модель рекомендации по температуре, полученная по разности моделей (model - T_fix), практически совпадала с онлайн моделью «приведенной» температуры (T_fix) и оператор мог дополнительно понизить температуру, так как был запас по качеству продукта в 3 ppm (лабораторный контроль продукта показал содержание серы около 5 ppm).

[0088] При этом возможность задания с помощью терминала 26 оператора и/или инженера-технолога произвольных значений контролируемых параметров, например, расхода R5 сырья на установку, расхода R6 подпиточного ВСГ на установку, температуры R11 газо-сырьевой смеси на входе в реактор, расход квенча и др. позволяет обеспечить поддержку в принятии решений в реальном времени. Например, система прогнозирования обеспечивает возможностью построения в режиме реального времени прогнозов по изменению технологического процесса при изменении одного или более параметров. Таким образом, у оператора возникает возможность оценки влияния предполагаемых изменений на технологический процесс до их непосредственного осуществления. После оценки и выбора требуемого изменения параметров соответствующие команды могут быть переданы с терминала 26 оператора и/или инженера-технолога на контроллер, управляющий насосом 14, компрессором 18, установленными на технологических линиях клапанами и/или средствами нагревания газо-сырьевой смеси на входе в реактор 2. Температуру в печи средств 16 нагревания, например, изменяют за счет увеличения подачи топливного газа на форсунки печи. Другие температуры могут быть изменены за счет регулирования других параметров.

[0089] Команды с терминала 26 оператора и/или инженера-технолога могут быть также отправлены на соответствующий контроллер и без участия оператора. Например, заранее заданные команды могут отправляться на контроллер при предсказании моделью отклонения прогнозируемого технологического параметра от заранее заданного значения через заранее заданное время.

[0090] Терминал 26 оператора и/или инженера-технолога может представлять собой вычислительное устройство (такое как персональный компьютер, промышленный компьютер, сервер, портативный компьютер или мобильное вычислительное устройство) или программно-аппаратный комплекс (например, автоматизированное рабочее место (АРМ)). Терминал 26 оператора и/или инженера-технолога может быть оборудован интерфейсом пользователя и выполнен с возможностью приема, обработки и передачи данных.

[0091] В соответствии с изобретением предложен также способ прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор 12 установки 11 ГО на основании моделей прогнозирования, представляющих из себя модели математической регрессии, сформированных и обученных, например, с помощью системы 20 прогнозирования, которая описана выше.

[0092] В соответствии с предложенным способом прогнозирования оптимальной температуры ГСС на входе в реактор 12 установки 11 ГО ДТ в блоке 21 приема значений параметров принимают, а в блоке 22 хранения значений параметров сохраняют набор значений параметров процесса гидроочистки в виде одного или более временных рядов. Значения параметров процесса гидроочистки включают данные лабораторных анализов сырья на входе установки и гидроочищенного дизельного топлива на выходе установки и данные от датчиков установки ГО ДТ.

[0093] Далее, выполняют фильтрацию значений в упомянутых временных рядах с применением контрольных карт Шухарта.

[0094] После этого на основании фильтрованных временных рядов выполняют формирование обучающего множества и определяют размер движущегося окна обучения на основании среднеквадратичного отклонения предсказываемой температуры ГСС на входе в реактор 12 от ретроспективных значений и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными и предсказываемыми значениями.

[0095] Далее, выполняют формирование модели прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12 на основе полиномиальной регрессионной модели произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которой являются упомянутые параметры процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R7 ЦВСГ в тройник 15 смешения, расход R10 ЛГ на установку 11, давление R12 на выходе из средств 16 нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ.

[0096] После формирования модели ее обучают на обучающем множестве с получением коэффициентов регрессии, обеспечивающих показатели соответствия прогнозируемой температуры на входе в реактор ретроспективным значениям выше заранее заданного уровня.

[0097] Далее на основании модели (T_model) прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12 выполняют формирование и обучение дополнительной модели (T_fix) с фиксированной серой. По существу, модель с фиксированной серой является копией модели прогнозирования температуры ГСС на входе в реактор 12, в которой для регрессора «содержание R13 серы в ГО ДТ» установлено фиксированное значение. Такое фиксированное значение может быть выбрано исходя из требований, предъявляемых к конечному продукту гидроочистки. Например, для регрессора R13 может быть задано фиксированное значение 8 ppm (0.0008%).

[0098] Непосредственный расчет или прогнозирование оптимальной температуры ГСС на входе в реактор 12, то есть температуры, которая обеспечит требуемое качество конечного продукта, осуществляется путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор 12 в текущий момент (измеренной датчиком) и разницы между моделями (T_model - T_fix). Под разницей между моделями в настоящем изобретении понимается разница между значениями, рассчитанными для данного технологического параметра в конкретный момент времени.

[0099] Настоящее изобретение позволяет облегчить и обеспечить поддержку в принятии решения персоналом при изменении параметров технологических процессов, с функциями оперативного анализа массивов данных, расчета оптимальной температуры в реакторе; повысить гибкость планирования и управления технологическими процессами; увеличить загрузку технологических установок за счет более полного использования ресурса каталитической системы и лучшей управляемости технологическими процессами; увеличить выхода более ценных продуктов за счет лучшей управляемости технологическими процессами и смягчения режимов; сократить время на привлечение оперативного персонала технологических установок для выполнения ручных расчетов с целью анализа состояния каталитических систем; увеличить выход целевой продукции за счет более мягких условий переработки; увеличить количество переработанного сырья на одном катализаторе; снизить эксплуатационные затраты на катализатор; снизить риск возникновения внеплановых простоев для замены каталитических систем вследствие преждевременной дезактивации; повысить точность планирования.

[0100] Приведенное выше описание предназначено исключительно для иллюстрации предложенного изобретения, а не для его ограничения. Описанные варианты выполнения и их аспекты могут использоваться, например, в комбинации друг с другом. Кроме того, предложенное изобретение может быть модифицировано для приспособления к конкретным ситуациям и условиям, при этом подобные модификации также входят в объем охраны. Множество других вариантов выполнения будут очевидны для специалистов в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием. Поэтому объем охраны предложенного изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения, наряду со всем объемом эквивалентов, на которые такая формула изобретения дает право.

[0101] Например, деление на блоки, использованное в настоящем описании является лишь делением согласно логическим функциям. Таким образом, один или более функциональных блоков могут быть реализованы, например, в едином комплексе программно-аппаратных средств (например, процессоре для обработки сигналов общего назначения, микроконтроллере, оперативном запоминающем устройстве, жестком диске и т.п.). Кроме того, несколько блоков или компонентов могут быть объединены или интегрированы в другую систему. В качестве варианта некоторые функции могут опускаться или не выполняться. Кроме того, показанное или обсуждаемое взаимное соединение или прямое соединение, или коммуникационное соединение может быть косвенным соединением или коммуникационным соединением через интерфейсы, устройства или блоки, или также может быть электрическим, механическим или другим видом соединения. Функциональность одного или более блоков может быть реализована, например, с помощью машиночитаемого носителя, на котором записан программный код, при выполнении которого процессором вычислительное устройство обеспечивает выполнение соответствующих функций. В случае реализации блоков в виде отдельных программно-аппаратных комплексов связь между ними, а также с датчиками на установке 11 ГО ДТ, может осуществляться с помощью средств беспроводной связи, например, посредством системы Промышленного Интернета Вещей (Industrial Internet of Things, IIoT), технологий беспроводной локальной сети (Wi-Fi), технологий стандарта долговременного развития (Long-Term Evolution, LTE), широковещательных каналов, модулей коммуникации ближнего поля (Near field communication, NFC), технологии Bluetooth (ВТ) и других проводных и/или беспроводных технологий.

[0102] Блоки показанной на фиг. 2 системы 20 прогнозирования могут быть реализованы на базе промышленного компьютера или их распределенной сети.

[0103] Используемый в настоящем описании элемент, изложенный в единственном числе, не должен пониматься как исключающий множественное число упомянутых элементов, если только такое исключение не указано явно. Кроме того, ссылки на "один вариант выполнения" предложенного изобретения не должны быть интерпретированы как исключающие существование дополнительных вариантов выполнения, которые также включают указанные отличительные признаки. Более того, если явно не указано обратное, варианты выполнения изобретения "включающие" или "содержащие" элемент или множество элементов, имеющих конкретное свойство, могут дополнительно включать такие элементы, которые не имеют этого свойства.

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении точности прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ) для снижения потребления энергоресурсов. Технический результат достигается за счёт того, что прогнозирование температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ производится с помощью первой модели температуры ГСС на входе в реактор и дополнительной второй модели, где для входного регрессора «содержание серы в ГО ДТ» установлено заранее заданное фиксированное значение. При этом обе модели являются полиномиальными регрессионными моделями произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которых являются параметры технологического процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку 11 гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник 15 смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку 11, давление R12 на выходе из средств 16 нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Система для прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающая:

блок приема значений параметров процесса гидроочистки, выполненный с возможностью приема значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные лабораторных анализов сырья на входе установки ГО ДТ и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ;

блок хранения значений параметров, выполненный с возможностью сохранения принятых значений параметров процесса гидроочистки в виде одного или более временных рядов;

блок фильтрации, выполненный с возможностью фильтрации сохраненных значений временных рядов с применением контрольных карт Шухарта;

блок формирования и обучения модели, выполненный с возможностью:

формирования обучающего множества на основании фильтрованных значений временных рядов,

определения размера движущегося окна обучения на основании среднеквадратичного отклонения температуры ГСС на входе в реактор и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными и предсказываемыми значениями температуры на входе в реактор,

формирования первой модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, при этом упомянутая модель является полиномиальной регрессионной моделью произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которой являются упомянутые параметры процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку 11, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ, и

обучения модели на обучающем множестве с получением коэффициентов регрессии, обеспечивающих показатель соответствия моделируемой температуры ГСС на входе в реактор ретроспективным значениям выше заранее заданного уровня;

при этом блок формирования и обучения модели также выполнен с возможностью формирования и обучения второй модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, которая отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение;

блок прогнозирования, выполненный с возможностью прогнозирования температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй моделью.

2. Система по п. 1, в которой блок приема параметров выполнен с возможностью получения новых значений параметров процесса гидроочистки, и

блок формирования и обучения модели выполнен с возможностью автоматического переобучения моделей на основании упомянутых полученных новых значений параметров процесса гидроочистки.

3. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой блок прогнозирования выполнен с возможностью передачи данных о спрогнозированном значении температуры на входе в реактор на терминал оператора и/или инженера-технолога.

4. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой блок прогнозирования выполнен с возможностью передачи данных о спрогнозированном значении температуры на входе в реактор на блок управления установкой ГО ДТ.

5. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой блок формирования и обучения модели выполнен с возможностью вычисления разницы между модельным значением температуры в точке и предварительно вычисленным значением приведенной температуры для исключения собственной статистической ошибки модели, при этом приведенная температура является температурой ГСС, рассчитанной для заранее заданных параметров.

6. Система для прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающая:

блок приема значений параметров процесса гидроочистки, выполненный с возможностью приема значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные лабораторных анализов сырья на входе установки ГО ДТ и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ;

блок хранения значений параметров, выполненный с возможностью сохранения принятых значений параметров процесса гидроочистки;

блок прогнозирования, выполненный с возможностью прогнозирования температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй обученными полиномиальными регрессионными моделями со смежными членами, при этом

регрессорами первой модели являются параметры процесса гидроочистки, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ; и

вторая модель отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение.

7. Способ прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающий:

прием и сохранение значений параметров процесса гидроочистки в виде одного или более временных рядов, при этом значения параметров процесса гидроочистки включают данные лабораторных анализов сырья на входе установки ГО ДТ и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ;

фильтрацию сохраненных значений временных рядов с применением контрольных карт Шухарта;

формирование обучающего множества на основании фильтрованных временных рядов;

определение размера движущегося окна обучения на основании среднеквадратичного отклонения температуры ГСС на входе в реактор и максимума коэффициента корреляции между ретроспективными и предсказываемыми значениями температуры на входе в реактор;

формирование первой модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, при этом упомянутая модель является полиномиальной регрессионной моделью произвольного порядка со смежными членами, регрессорами которой являются упомянутые параметры процесса, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ;

обучение первой модели на обучающем множестве с получением коэффициентов регрессии, обеспечивающих показатель соответствия моделируемой температуры ГСС на входе в реактор ретроспективным значениям выше заранее заданного уровня;

формирование и обучение второй модели температуры ГСС на входе в реактор установки ГО ДТ, которая отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение;

прогнозирование температуры на входе в реактор, обеспечивающей заранее заданный уровень содержания серы в ГО ДТ, путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы температур между первой и второй моделью.

8. Способ по п. 7, который дополнительно включает шаг получения новых значений параметров процесса гидроочистки и автоматическое переобучение модели на основании упомянутых новых значений параметров процесса гидроочистки.

9. Способ по любому из пп. 7, 8, который дополнительно включает шаг передачи спрогнозированного значения температуры на входе в реактор на терминал оператора и/или инженера-технолога.

10. Способ по любому из пп. 7-9, который дополнительно включает шаг передачи спрогнозированного значения температуры на входе в реактор на блок управления установкой.

11. Способ по любому из пп. 7-10, который дополнительно включает вычисление разницы между модельным значением температуры в точке и предварительно вычисленным значением приведенной температуры для исключения собственной статистической ошибки модели, при этом приведенная температура является температурой ГСС, рассчитанной для заранее заданных параметров.

12. Способ прогнозирования температуры газо-сырьевой смеси (ГСС) на входе в реактор установки гидроочистки дизельного топлива (ГО ДТ), включающий:

прием и сохранение значений параметров процесса гидроочистки, включающих данные лабораторных анализов сырья на входе установки ГО ДТ и гидроочищенного дизельного топлива на выходе упомянутой установки и данные от датчиков установки ГО ДТ;

прогнозирование температуры на входе в реактор путем сложения реальной температуры ГСС на входе в реактор, полученной от датчиков, в текущий момент времени и разницы между первой и второй обученными полиномиальными регрессионными моделями со смежными членами, при этом

регрессорами первой регрессионной модели являются параметры процесса гидроочистки, включающие: расход R1 сырья на нитку, плотность R4 сырья на входе в установку гидроочистки, расход R7 циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения, расход R10 легкого газойля (ЛГ) на установку, давление R12 на выходе из средств нагревания, содержание R13 серы в ГО ДТ; и

вторая регрессионная модель отличается от первой модели тем, что в ней для входного регрессора R13 установлено заранее заданное фиксированное значение.

13. Машиночитаемый носитель, хранящий программный продукт с программными инструкциями, при исполнении которых процессором обеспечивается выполнение способа по любому из пп. 7-12.