Способ управления процессом каталитического крекинга Советский патент 1991 года по МПК C10G11/00 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано в процессах каталитического крекинга при переработке тяжелого углеводородного сырья.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса по целевому продукту.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа управления процессом каталитического крекинга; на фиг. 2 и 3 - диаграммы достижения максимального выхода бензина объекта, находящегося соответственно в двух последовательных режимных состояниях (I, II) при осуществлении способа.

Сырье поступает в реактор 1, где осуществляется процесс крекирования. Сюда же подается регенерированный катализатор, а дезактивированный катализатор подается в регенератор 2 для выжига кокса. Продукты сгорания из регенератора 2 выводятся в дымовую трубу. Продукты крекирования отводятся в ректификационную колонну 3, где происходит разделение продуктов реакции на газ, бензин, дизельное топливо, котельное топливо и мазут. В газосепараторе 4 жирный газ отделяется от бензина. Система управления включает датчик 5 расхода сырья, датчик 6 давления в реакторе, датчик 7 температуры в реакторе, датчик 8 расхода верхнего циркуляционного орошения и датчик 9 расхода бензина, связанные с входящим в состав вычислительного блока 10 идентификатором 11 параметров математической модели, выход которого соединен с первым входом блока 12 расчета оптимальной температуры реактора, второй вход которого связан с датчиком 7 температуры в реакторе, а выход- с первым входом сумматора 13, второй вход которого соединен с генератором 14 пробных шагов, а выход-с гсервым входом регулятора 15, второй вход которого соединен с датчиком 7 температуры, а выход связан с клапаном 16 на линии подачи регенерированного катализатора в реактор 1.

Способ осуществляется следующим образом.

От датчика 5 расхода сырья, датчика 6 давления в реакторе, датчика 7 температуры в реакторе, датчика 8 расхода верхнего циркуляционного орошения и датчика 9 расхода бензина осуществляется сбор информации о процессе каталитического крекинга.

Вычислительный блок 10 выполняет обработку информации, поиск оптимального режима и выдачу задания регулятору температуры в реакторе. Для этого идентификатор 11с помощью переменных процесса, измеренных датчиками 5-9, оценивает параметры математической модели, которая имеет следующий вид

у(п) Со(п) + Јс,(п)- () 0)

I - 1

где Со(п) - свободный член модели;

Ci(n) - параметр математической модели при 1-ой переменной;

xi(n) - расход сырья, м /ч;

ха(п) - давление в реакторе, мПа;

хз(п) - температура реактора, °С;

Х4(п) - расход циркуляционного сырья, м3/ч;.

у(п) - расчетный выход бензина, %;

п - дискретное время.

Оценивание параметров математической модели выполняется, например, с помощью алгоритма Качмажа по формуле

Ci(n) Ci(n-l) +

y(n)-i Cj(n-1)-xi(n)

(п) I 1

х xi(n),(2)

где у(п) - измеренный с помощью датчика 9 расхода бензина выход бензина. . Далее проверяется качество аппроксимации объекта управления с помощью математической модели (1) путем сравнения

среднеквадратических ошибок выходной переменной y(n), Gy(n) и невязки математической модели Е (п) Е (п) у(п) -(n), GЈ (п). При удовлетворительном качестве аппроксимации, например при Og (n) о(п), на выход блока 12 расчета оптимальной температуры реактора поступает вычисленный по формуле (2) параметр Сз(п), В противном случае Сз{п) 0.

Расчет оптимальной температуры реактора выполняется блоком 12 методом градиента по формулеЛ

UonT(n) x3Јn)+E-Vny(n),(3)

wVn9(n)j C3(n),

где Е - величина шага движения по градиенту.

Генератор 14 пробных шагов выдает следующий сигнал

и„ш(п)(-1)п-А,(4)

где А - амплитуда пробного шага.

В сумматоре 13 вычисляется температура реактора по формуле

U(n) Uoni(n) + 1)пш(п),(5)

которая в качестве задания поступает на вход регулятора 15. Задание U(n) поддерживается регулятором 15 изменением подачи регенерированного катализатора с помощью клапана 16 в течение всего n-го такта. С наступлением (п+1)-го такта описанная выше последовательность процедур, начиная с (2), повторяется. Так осуществляется непрерывное отслеживание положения зкстремума уэ(п).

Пример осуществления способа. Пусть в исходном неоптимальном состоянии объект функционирует при следующих средних значениях режимных переменных:

расход сырья х равен 310 м3/ч, а температура реактора U равна 490°С и достигается с помощью тепла, вносимого в реактор циркулирующим катализатором. При этом выход бензина равен 37%.

Выполним проверку работоспособности предлагаемого способа с помощью вычислительного эксперимента на ЭВМ. Для этого зададимся, например, следующим видом объекта

у(п) Со(л) + Сх(п) х(п) + Сп(п) х

xU(n)+Cnn(n) Uz(n),(6)

гдех(п)- расход сырья, контролируемое возмущение;

U(n) - температура реактора, промежуточное управляющее воздействие.

Причем, при п 1,80 объект находился в I-.DM состоянии,

С0(п) -5789,75; Сх(п) -0,05; С4(п) 22,95; Cuu(n) -0,0225, а затем после загрузки в реакторно-регенераторную систему свежего катализатора перешел во М-е состояние и при п 81,125 находился во П-ом состоянии:

С0(п) -5905,106; Сх(п) -0,05; Си(п) 23,175; Cuu -0,0225.

Заданным видам обьекта соответствуют следующие величины оптимальных температур реактора и выхода бензина: для 1-го состояния Uom.i 510°С, уопт 47,5%, для Н-го состояния Uoni.il 515°С, уопт.м 47,5%.

Покажем, что предлагаемый способ переводит объект с режима U 490°С и у 37,5% сначала в режим, оптимальный для 1-го состояния: Don i 510°C и у0пт.1 47,5%, а с переходом объекта во П-ое состояние - в режим, оптимальный для П-го состояния: и0пт.11 5150Сиуопт.п 47,5%.

Аппроксимируем объект линейной моделью вида

У(п) С0(п) + Сх(п) x(n) + Cu(n) -U(n). (7) Зададимся величиной шага движения по градиенту Е 1,0°С и амплитудой пробного шага А 0,5°С.

. Моделирование выполнено на ЦВМ типа СМ-4.

Видно, что на 1-15 такте (см. фиг. 2 и 3), когда сг(п) Оу( (см. кривые (7(п) и 0у(п) , фиг. 3), осуществляется обучение математической модели, при этом промежуточное управляющее воздействие U(n) представляет собой поисковый сигнал (см. фиг. 2, кривая U(n))

U(n) хз(п) + Unui(n).(8)

который в качестве задания поступает на вход регулятора 15 температуры реактора, с помощью которого заданная температура достигается изменением расхода циркулирующего катализатора через клапан 16.

На 16-ом такте, когда о (п) Оу(п), что является признаком того, что обьект идентифицирован, начинается оптимальное управление объектом (перевод объекта в оптимальное состояние). При этом промежуточное управляющее воздействие вычисляется по формуле

U(n) хз(п) + Е Vn y(n) + ипш(п). (9)

Величина управляющего воздействия на клапан 16 увеличивает подачу в реактор регенерированного катализатора, что позволяет повысить температуру до заданной величины U(n). Вид кривой расхода регенерированного катализатора аналогичен ввиду кривой U(n) (см. фиг. 2).

После небольшого перерегулирования

(см. фиг. 2, кривая такты 36-70) объект на

71-ом такте достигает оптимального состояния. При этом математическое ожидание М (U(n)} - UOHT.I 510°С, а М{у(п)} 47%.

Таким образом, поставленная ранее задача перевода объекта из режима U(n)

490°С и у(п) 37,5% в режим U0m i(n) 510°С и уопт.| 47,5% выполнена. Выход бензина с помощью предлагаемого способа увеличен на 9,5%.

Объект остается в оптимальном состоя0 нии до 81 такта, когда была осуществлена загрузка в реакторно-регенераторную систему свежего катализатора. В результате объект переходит во П-ое состояние, которое характеризуется новыми оптимальными

5 условиями проведения крекинга.

В течение всего периода нахождения объекта в оптимуме с 71 по 80 такты благодаря наличию сигнала пробного шага 11пш.(п) параметр Cu(n) математической мо0 дели (7) идентифицируется (см. кривую Си(п), фиг. 3). Это доказывает хорошую обусловленность матрицы моментов наблюдаемых входов процесса каталитического крекинга.

5 Формула изобретения

Способ управления процессом каталитического крекинга, заключающийся в измерении температуры в реакторе, расхода сырья в реактор, расхода циркуляционного

0 орошения ректификационной колонны, расход бензина, идентификация параметров математической модели процесса каталитического крекинга, связывающей температуру в реакторе, расход сырья в реактор и

5 расход циркуляционного орошения с выходом бензина, расчете с помощью полученной математической модели оптимальной температуры крекинга, регулировании температуры крекинга и подачи регенериро0 ванного катализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса по целевому продукту, дополнительно измеряют давление в реакторе, идентифицируют параметр математи5 ческой модели, связывающей давление в реакторе с выходом бензина, вычисляют оптимальную температуру в реакторе, генерируют пробные шаги изменения величины температуры в реакторе, определяют задан0 ное значение температуры в реакторе путем суммирования величины вычисленной оптимальной температуры в реакторе с величиной пробного шага изменения температуры в реакторе, а регулирование указанной тем5 пературы осуществляют соответствующим изменением подачи регенерированного катализатора.

ui /

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов, может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в процессах каталитического крекинга при переработке тяжелого углеводородного сырья и позволяет повысить выход целевых продуктов. Способ управления процессом каталитического крекинга заключается в том, что измеряют датчиком б давление в реакторе 1 и с учетом данных от датчиков 7 температуры, датчиков 5, 8 и 9 расхода соответственно сырья, циркулирующего орошения и бензина идентифицируют параметры математической модели в идентификаторе 11, суммируют оптимальную температуру, вычисленную методом градиента в блоке 12 с величиной пробного шага от генератора 14 и полученное в результате суммирования значение считают заданием регулятору 15 температуры, а регулирование температуры осуще- ствляютизменениемподачи регенерированного катализатора через клапан 16. 3 ил. w Ј

;o

20 ло

W 50 60 70 80 90 100 ПО

Фиг. 2

J8®u-osywuefnX. %,т