[发明专利]催化裂化反应深度在线计算和自适应非线性预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化裂化反应深度在线计算和自适应非线性预测控制方法，属于石油化工催化裂化生产过程软测量和自动控制领域。

背景技术

催化裂化装置是石油炼厂中最重要的重质油转化装置之一。原料油在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为富气、汽油和柴油等高价值产品。从经济效益而言，炼油企业中一半以上的效益是靠催化裂化取得的。因此应用先进的优化控制技术实现装置的平稳运行，并为在线优化提供条件，无疑具有重要的现实意义和明显的经济效益。

已有的催化裂化优化控制方案多是以反应温度(提升管出口温度)为主，但事实上催化裂化是一个反应过程，对装置操作及产品分布影响最大的是反应深度。反应温度只是影响反应深度的一个因素，在实际生产过程中还有很多影响反应深度的因素。为解决这一问题，袁璞等(催化裂化反应过程的观测和控制，中国专利：ZL 90108193.0)提出宏观反应热(每公斤进料在裂化反应时所需的热量kJ/kg)的概念。宏观反应热综合了影响反应深度的各种因素，维持反应热平稳，可使反应深度平稳，从而使整个装置操作较平稳。江青茵(2003)同样基于反应深度控制的思想，提出一种以产品转化率为主要调控量的闭环调优控制系统。

实现基于宏观反应热的催化裂化反应深度优化控制的一个关键就是宏观反应热的在线实时计算。影响反应深度的因素很多，其中一个重要的因素是再生催化剂循环量。由于生产过程的危险性和复杂性，催化剂循环量不能够用测量仪表直接测量。目前工业上计算催化剂循环量的方法主要分为三类。1、利用再生器稳态热平衡关系计算催化剂循环量，如林世雄等(石油炼制工程(第三版)[M]，2007，374-377)；2、利用再生器中碳的物料平衡计算催化循环量，如魏飞等(FCC催化剂循环量计算方法的比较，炼油设计，1990，4(1)：41-43)；3、利用催化剂流动特性和再生阀门特性计算催化循环量，如袁璞等(催化裂化反应过程的观测和控制，中国专利：ZL 90108193.0)。

但已有的计算方法面临如下问题：

1、采用再生器热平衡计算催化剂循环量具有较高的精度，但由于烟气氧含量测量具有一定的时间滞后；待生催化剂由提升管经汽提段流至再生器，其温度和焦含量对再生器均有1-2分钟的时间滞后，其计算的实时性不能满足对提升管进行先进控制的要求。

2、待生催化剂定碳、再生催化剂定碳只能通过离线化验得到，具有相当大的时间滞后，因此，利用碳平衡法计算催化剂循环量不能满足生产监控及控制的实时性要求。

3、利用再生阀门流量特性模型计算催化剂循环量速度快，但由于催化剂循环量是关于滑阀开度的非线性函数，且与催化剂的流化状态及密度有关。当再生阀门开度变化较大或催化剂流化状态发生变化时，若采用固定的再生阀门特性模型进行计算，其准确性将难以得到保证。

因此，设计一种计算相对准确且快速反映实际变化的催化剂循环量在线实时计算方法，实现反应深度在线计算，并在此基础上实现催化裂化装置反应深度控制，维持装置长期平稳运行，是十分必要的。

发明内容

本发明目的是针对催化裂化装置，提供一种反应深度在线计算和自适应非线性预测控制方法。

为达到上述目的，本发明采用再生器热平衡计算模型和再生阀门流量特性模型相结合的方式，利用相对准确的再生器热平衡计算结果在线校正再生阀门模型系数，并由校正后的再生阀门模型实现对催化剂循环量的实时观测。最后，根据提升管动态数学模型完成催化裂化反应热的在线实时计算。另外，考虑到再生阀门流量特性模型的特点，即：与提升管反应部分的动态特性相比，再生阀门的动态特性可以忽略，而稳态特性会随工况变化而变化。基于此特点，在控制模型中，将再生阀门稳态模型与提升管反应部分非线性动态模型分离，在实现提升管反应部分非线性预测控制的基础上，根据在线校正的再生阀门模型计算催化剂循环量，实现再生阀门开度对反应深度的自适应非线性预测控制。

本发明首先利用再生阀门流量特性模型计算催化剂循环量，然后判断装置的反应-再生部分是否达到平衡，若装置平衡，则用再生器热平衡模型计算得到的催化剂循环量在线更新再生阀门模型系数，然后用更新后的再生阀门模型计算出催化剂循环量，用于计算提升反应热和设计自适应非线性预测器。

催化裂化反应深度在线计算和自适应非线性预测控制方法，其特征在于，是在控制计算机上按照以下步骤实现的：

步骤(1)控制计算机初始化