芳烃异构化装置先进控制系统的设计

芳烃异构化装置先进控制系统的设计

芳烃异构化装置先进控制系统的设计

张菁 张培贵 施大鹏

张菁女士，中国石化洛阳石油化工工程公司仪电室工程师；张培贵先生，中国石油吉林石化分公司炼油厂联合芳烃车间工程师；施大鹏先生，清华大学自动化系高级工程师。

关键词：先进控制 芳烃异构化装置 软测量 状态空间模型

石油化工生产过程具有生产连续、多变量相关、

存在不可实时测量变量、时间滞后大、动态特性复

杂、难于准确建模及安全平稳性要求高等特点。先

进控制技术在石油化工过程中的应用提高了生产装

置的平稳率、处理量和目的产品的产率，可使装置

在约束的边界条件下平稳操作，具有可观的经济效

益。

异构化单元是芳烃联合装置的重要岗位，包括

反应和分馏两部分。在反应部分，贫邻二甲苯(OX)

的C8芳烃在催化剂作用下发生异构化反应，C8芳烃

4种异构体趋向热力学平衡。分馏部分从反应产物中

分离苯、甲苯和二甲苯产品。为了增强装置控制系

统的稳定性，克服干扰的影响，设计了基于机理的

异构化装置先进控制系统，该系统包括异构化反应

热软测量系统、异构化反应预测控制系统和分馏单

元预测控制系统3部分。

一 异构化反应热软测量系统

1. 反应机理

芳烃异构化反应就是在一定的温度、压力、临氢状态和催化剂作用下，将含邻二甲苯(OX)较少的混合二甲苯转化为二甲苯4种异构体(PX、MX、OX、EB)接近平衡的催化异构过程。本装置采用了联合油品公司(UOP)的异构化工艺，原料是贫OX的C8芳烃，基本反应有两种，即异构化和乙苯脱烷基，生成目标产品混合二甲苯和副产品苯。主要反应为：二甲苯异构化、乙苯转化为二甲苯和乙苯脱烷基。

2. 软测量模型

芳烃异构化反应器(DC501)为径向固定床反应器， 反应原料和循环氢经异构化加热炉(BA501)加热后进入反应器。原控制方案为反应器入口温度—燃料气压力串级PID控制。反应温度、催化剂活性、氢油比、停留时间以及原料组成等都影响反应深度。因此，仅仅控制反应温度的平稳，并不能保证在任何情况下维持反应深度的平稳。

本方案用宏观反应热(单位原料在反应时所需的热量)实时衡量反应深度，由实测过程变量和动态数学模型在线实时计算反应热，进一步实施反应热的控制，使反应深度平稳。基于反应过程机理的宏观反应热动态数学模型为：

第1页下一页