催化裂化行业自动化解决方案
日期：2008-11-9 23:04:02 来源：中国自动化网
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一、前言
石油炼制工业是国民经济的重要支柱产业，其产品被广泛应用于工业、农业、交通运输和国防建设等领域。催化裂化作为石化炼制企业的主要生产装置，在石油加工中占有相当重要的地位，是实现原油深度加工、提高轻质油（汽油、柴油、液化气）收率、品质和经济效益的有效途径。
二、工艺简介
催化裂化的工艺原理（见图1）是：反应物（蜡油、脱沥青油、渣油）在催化剂的作用下发生裂化、异构化、环化、芳化、脱氢化等诸多化学反应，反应产物为汽油、轻柴油、重柴油，副产物为干气、焦碳、油浆等。催化剂理论上在反应过程中不损耗，而是引导裂化反应生成更多所需的高辛烷值烃产品。催化裂化有许多优势高于热裂化，所生产的汽油有更高的辛烷值并且催化裂化的汽油由大量异构烷基和芳烃组成，它们有较高的辛烷值并且化学稳定性比大量存在于热裂化汽油中单烯烃和二烯烃的稳定性高。此外，催化裂化汽油中的硫含量低于热裂化汽油，催化裂化比热裂化产生较少的残留重油或焦油并且更多的利用了粗柴油。催化裂化过程有相当的灵活性，允许制造车用和航空汽油以及粗柴油产量的变化来满足燃料油市场的变化。催化裂化可以被看作为转换高沸点石油馏分的现代方法，可使蜡油、脱沥青油、渣油与催化剂在适宜的温度，压力滞留时间条件下进行接触，以使原料的主要部分被转换成汽油和低沸点产品（如液态烃），通常这是一个单程操作。在裂化反应中，所产生的焦碳被沉积在催化剂上，它明显地减少了催化剂的活性，所以除去沉积物是非常必要的，通常是通过燃烧方式使催化剂再生来重新恢复其活性。
三、控制策略
催化裂化反应是一个非常复杂的工业过程，一直以来是控制界的一个难题，它很难用精确的数学模型来描述。在实际操作中，其主要的复杂性来自于反应动力学、流态化催化剂的流体力学、催化剂焦碳燃烧、不可测干扰和由反应器与再生器之间的热平衡支配的过程变量的相互关联等方面。浙大中控作为国内领先的自动化设备供应商，能够很好的满足石化领域过程控制的不同要求。
1、常规控制要点与策略
（1）反再部分
反再系统控制的控制目标和控制手段需按产品收率目标确定。
提升管出口温度控制
提升管出口温度是反-再岗位较为重要的一个参数，对装置运行、产品分布、及后续分馏、吸收稳定的正常平稳操作都影响较大。一般是通过控制再生滑阀（塞阀）开度来改变再生催化剂循环量达到控制温度的目的。进而从安全角度考虑，大部分设计引入再生滑阀（塞阀）差压来组成温度与差压的低值选择控制。正常运行时，提升管出口温度控制再生滑阀开度（调整再生催化剂的循环量）来保证反应温度的平稳。一旦再生滑阀开度过大而使滑阀压将过小可能导致危险时，为防止油气催化剂倒窜，再生滑阀差压调节将自动取代反应温度来控制再生滑阀——关小再生滑阀以防止油气催化剂倒窜而发生危险。
反应器、再生器差压控制
再生器差压控制一般通过一般通过控制烟气出口的双动滑阀开度来实现，多数设计也将两器差压（沉降器与再生器）引入来共同组成低值选择控制，大型催化一般设计与烟机转速协调控制调。
沉降器汽提段藏量控制
采用沉降器汽提段藏量控制待生滑阀的开度（调整待生催化剂的循环量）来保证沉降器汽提段催化剂藏量。
烟气轮机超速控制及保护
（2）分馏系统的控制
分馏系统的控制目标是保证整个装置的操作平稳，保证装置的物料和能量平衡，处理塔中相互作用的约束，保证产品质量及分馏效率。
分馏塔底液位控制
分馏塔底液位控制是塔底热平衡指示器：当塔底液位高时，表明塔底热储量降低，也表明通过循环油浆系统从分流塔底取出的热量过多，此时应减少从分流塔底取出的热量，以保证塔底液位底平衡；反之当塔底液位降低时，表明塔底液位热量储量增大，也表明通过循环油浆系统从分馏塔底取出的热量过少，此时应增加从分馏塔底取出的热量以保证塔底液位的平衡。
下返塔循环油浆流量设流量定值调节
分馏塔底液位与上返塔循环油浆流量串级调节来控制分馏塔底液位
采用分馏塔底温度来控制油浆蒸汽发生器的取热量，从而保证分馏塔底不超温
分馏塔底液位设电动内浮球变送器和双法兰差压变送器切换使用,保证有液位信号
分馏塔温度控制
为了取走分馏塔过剩热量而使塔内气、液负荷分布均匀，在塔的不同位置一般设有4个循环回流：顶循环回流、一中段回流、二中段回流、和油浆循环回流，回流流量设定值调节
分馏塔顶温度控制采用串级控制方案,主回路是分馏塔顶温度控制，副回路是回流粗汽油（顶循环回流）流量调节
（3）吸收稳定系统的控制
吸收稳定系统控制目标是保证塔的物料和能量平衡，处理塔中相互作用的约束，保证产品质量及效率，节省吸收能量。
干气、液化石油气组分控制
吸收塔控制
为了使塔内气、液负荷分布均匀，一般在塔的不同位置同样设有4个循环回流：顶循环回流、一中段回流、二中段回流、底循环回流,回流流量设定值调节
吸收塔顶设压力调节，以再吸收塔顶干气出口流量调节；吸收塔底及再吸收塔设液位调节，吸收剂设流量调节
解析塔脱乙烷汽油的质量控制
解析塔设灵敏板温度——重沸器具热源（蒸汽）流量串级控制系统。设灵敏板温度期望以温度的变化间歇反应油品质量变化以改变热量。配以液化石油气中C2总量显示修正供热量，使脱乙烷汽油中C2含量的最大析出。为了精确测量重沸器加热蒸汽的流量，蒸汽流量设温度压力补偿。
稳定塔塔顶温度控制回路
稳定塔提馏段设灵敏板温度（含塔顶）温度控制回路和液化石油气组分（C5、C2）控制回路，作为液化石油气质量的间接和直接指标，可换选择与液化石油气产品的抽出流量组成串级控制系统。
稳定塔塔顶回流控制
为了将产品抽出量与塔顶回流流量相关联，稳定塔顶回流罐液位与顶回流泵出口流量作串级控制系统（调节阀安装在返塔回流线上）。
稳定塔顶压力控制
稳定塔顶压力控制设置为典型的热旁路控制（分程控制）。为了保证热旁路控制的投用，在不凝气聚集过多时，可由不凝气排放阀排放，使热旁路控制恢复正常。
（4）燃料油燃料气系统的控制
燃料油燃料气系统由两种不同的燃料给原料加热炉来加热原料，燃料油、燃烧干气，原料油温度控制设串级，两个付回路燃料油流量、燃烧干气流量两种燃料不同时使用，用软切换开关切换。
（5）联锁保护
催化裂化装置因其工艺的特殊性需设连锁保护措施，通常称为装置自保系统，一般有主风低流量自保、进料自保、两器差压低自保、增压风低流量自保等。
2、先进控制
浙大中控一直致力于催化裂化装置上先进控制方面的研究与实践，所提供的优化控制算法和软件，已在多套催化裂化装置上得到广泛应用。它利用多变量预测控制、软测量等先进控制技术，可有效的克服原料性质变化和生产负荷变化的扰动，并解决重要生产过程状态和产品质量指标不可在线测量的困难，从而实现生产过程平稳操作和产品质量“卡边”控制的协调，有效地提高整个催化裂化装置的经济效益。
四、结束语
浙大中控在石化行业经多年辛勤耕耘已具有大量成功业绩，公司为中石油一级供应网络成员，目前已有300余套控制系统稳定、高效的运行在几乎遍及中石油和中石化以及地方所属的各大炼化企业，其中包括燕山石化、扬子石化、大庆石化、金陵石化、镇海炼化、上海石化、茂名石化、广石化、岳阳石化等特大型企业。期待为更多石化行业用户提供最优秀的整体解决方案与最完善的服务。
图1 催化裂化装置工艺流程
图2 反再系统流程图
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石油炼制工业是国民经济的重要支柱产业，其产品被广泛应用于工业、农业、交通运输和国防建设等领域。催化裂化作为石化炼制企业的主要生产装置，在石油加工中占有相当重要的地位，是实现原油深度加工、提高轻质油（汽油、柴油、液化气）收率、品质和经济效益的有效途径。
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二、工艺简介
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催化裂化的工艺原理（见图1）是：反应物（蜡油、脱沥青油、渣油）在催化剂的作用下发生裂化、异构化、环化、芳化、脱氢化等诸多化学反应，反应产物为汽油、轻柴油、重柴油，副产物为干气、焦碳、油浆等。催化剂理论上在反应过程中不损耗，而是引导裂化反应生成更多所需的高辛烷值烃产品。催化裂化有许多优势高于热裂化，所生产的汽油有更高的辛烷值并且催化裂化的汽油由大量异构烷基和芳烃组成，它们有较高的辛烷值并且化学稳定性比大量存在于热裂化汽油中单烯烃和二烯烃的稳定性高。此外，催化裂化汽油中的硫含量低于热裂化汽油，催化裂化比热裂化产生较少的残留重油或焦油并且更多的利用了粗柴油。催化裂化过程有相当的灵活性，允许制造车用和航空汽油以及粗柴油产量的变化来满足燃料油市场的变化。催化裂化可以被看作为转换高沸点石油馏分的现代方法，可使蜡油、脱沥青油、渣油与催化剂在适宜的温度，压力滞留时间条件下进行接触，以使原料的主要部分被转换成汽油和低沸点产品（如液态烃），通常这是一个单程操作。在裂化反应中，所产生的焦碳被沉积在催化剂上，它明显地减少了催化剂的活性，所以除去沉积物是非常必要的，通常是通过燃烧方式使催化剂再生来重新恢复其活性。
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三、控制策略
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催化裂化反应是一个非常复杂的工业过程，一直以来是控制界的一个难题，它很难用精确的数学模型来描述。在实际操作中，其主要的复杂性来自于反应动力学、流态化催化剂的流体力学、催化剂焦碳燃烧、不可测干扰和由反应器与再生器之间的热平衡支配的过程变量的相互关联等方面。浙大中控作为国内领先的自动化设备供应商，能够很好的满足石化领域过程控制的不同要求。
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1、常规控制要点与策略
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（1）反再部分
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反再系统控制的控制目标和控制手段需按产品收率目标确定。
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提升管出口温度控制
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提升管出口温度是反-再岗位较为重要的一个参数，对装置运行、产品分布、及后续分馏、吸收稳定的正常平稳操作都影响较大。一般是通过控制再生滑阀（塞阀）开度来改变再生催化剂循环量达到控制温度的目的。进而从安全角度考虑，大部分设计引入再生滑阀（塞阀）差压来组成温度与差压的低值选择控制。正常运行时，提升管出口温度控制再生滑阀开度（调整再生催化剂的循环量）来保证反应温度的平稳。一旦再生滑阀开度过大而使滑阀压将过小可能导致危险时，为防止油气催化剂倒窜，再生滑阀差压调节将自动取代反应温度来控制再生滑阀——关小再生滑阀以防止油气催化剂倒窜而发生危险。
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反应器、再生器差压控制
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沉降器汽提段藏量控制
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采用沉降器汽提段藏量控制待生滑阀的开度（调整待生催化剂的循环量）来保证沉降器汽提段催化剂藏量。
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烟气轮机超速控制及保护
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（2）分馏系统的控制
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分馏系统的控制目标是保证整个装置的操作平稳，保证装置的物料和能量平衡，处理塔中相互作用的约束，保证产品质量及分馏效率。
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分馏塔底液位控制
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分馏塔底液位控制是塔底热平衡指示器：当塔底液位高时，表明塔底热储量降低，也表明通过循环油浆系统从分流塔底取出的热量过多，此时应减少从分流塔底取出的热量，以保证塔底液位底平衡；反之当塔底液位降低时，表明塔底液位热量储量增大，也表明通过循环油浆系统从分馏塔底取出的热量过少，此时应增加从分馏塔底取出的热量以保证塔底液位的平衡。
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下返塔循环油浆流量设流量定值调节
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分馏塔底液位与上返塔循环油浆流量串级调节来控制分馏塔底液位
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采用分馏塔底温度来控制油浆蒸汽发生器的取热量，从而保证分馏塔底不超温
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分馏塔底液位设电动内浮球变送器和双法兰差压变送器切换使用,保证有液位信号
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分馏塔温度控制
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为了取走分馏塔过剩热量而使塔内气、液负荷分布均匀，在塔的不同位置一般设有4个循环回流：顶循环回流、一中段回流、二中段回流、和油浆循环回流，回流流量设定值调节
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分馏塔顶温度控制采用串级控制方案,主回路是分馏塔顶温度控制，副回路是回流粗汽油（顶循环回流）流量调节
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（3）吸收稳定系统的控制
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吸收稳定系统控制目标是保证塔的物料和能量平衡，处理塔中相互作用的约束，保证产品质量及效率，节省吸收能量。
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干气、液化石油气组分控制
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吸收塔控制
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为了使塔内气、液负荷分布均匀，一般在塔的不同位置同样设有4个循环回流：顶循环回流、一中段回流、二中段回流、底循环回流,回流流量设定值调节
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吸收塔顶设压力调节，以再吸收塔顶干气出口流量调节；吸收塔底及再吸收塔设液位调节，吸收剂设流量调节
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解析塔脱乙烷汽油的质量控制
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解析塔设灵敏板温度——重沸器具热源（蒸汽）流量串级控制系统。设灵敏板温度期望以温度的变化间歇反应油品质量变化以改变热量。配以液化石油气中C2总量显示修正供热量，使脱乙烷汽油中C2含量的最大析出。为了精确测量重沸器加热蒸汽的流量，蒸汽流量设温度压力补偿。
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稳定塔塔顶温度控制回路
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稳定塔提馏段设灵敏板温度（含塔顶）温度控制回路和液化石油气组分（C5、C2）控制回路，作为液化石油气质量的间接和直接指标，可换选择与液化石油气产品的抽出流量组成串级控制系统。
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稳定塔塔顶回流控制
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为了将产品抽出量与塔顶回流流量相关联，稳定塔顶回流罐液位与顶回流泵出口流量作串级控制系统（调节阀安装在返塔回流线上）。
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（4）燃料油燃料气系统的控制
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燃料油燃料气系统由两种不同的燃料给原料加热炉来加热原料，燃料油、燃烧干气，原料油温度控制设串级，两个付回路燃料油流量、燃烧干气流量两种燃料不同时使用，用软切换开关切换。
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催化裂化装置因其工艺的特殊性需设连锁保护措施，通常称为装置自保系统，一般有主风低流量自保、进料自保、两器差压低自保、增压风低流量自保等。
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2、先进控制
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浙大中控一直致力于催化裂化装置上先进控制方面的研究与实践，所提供的优化控制算法和软件，已在多套催化裂化装置上得到广泛应用。它利用多变量预测控制、软测量等先进控制技术，可有效的克服原料性质变化和生产负荷变化的扰动，并解决重要生产过程状态和产品质量指标不可在线测量的困难，从而实现生产过程平稳操作和产品质量“卡边”控制的协调，有效地提高整个催化裂化装置的经济效益。
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四、结束语
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浙大中控在石化行业经多年辛勤耕耘已具有大量成功业绩，公司为中石油一级供应网络成员，目前已有300余套控制系统稳定、高效的运行在几乎遍及中石油和中石化以及地方所属的各大炼化企业，其中包括燕山石化、扬子石化、大庆石化、金陵石化、镇海炼化、上海石化、茂名石化、广石化、岳阳石化等特大型企业。期待为更多石化行业用户提供最优秀的整体解决方案与最完善的服务。
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图1 催化裂化装置工艺流程
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图2 反再系统流程图
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