張鑫方莫力根

乙烯裂解爐裂解深度的先進過程控制與優(yōu)化分析

張鑫方1莫力根2

（1中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東525000）（2北京航天動力研究所，北京100076）

在乙烯裂解裝置爐中，引入先進過程控制與優(yōu)化系統(tǒng)APC，能夠保證裝置的穩(wěn)定可靠運行，減少裝置波動引發(fā)的安全問題。本文立足當前市場發(fā)展情況，對乙烯裂解爐的裂解深度優(yōu)化方向進行了調(diào)整，希望能夠?qū)崿F(xiàn)不同原料動態(tài)實時裂解深度的優(yōu)化，促進經(jīng)濟效益的提高。

乙烯裂解爐；裂解深度；過程控制；優(yōu)化

乙烯裂解爐先進控制策略包括幾點，一是減少煙道氣氧含量，優(yōu)化燃料消耗；二是優(yōu)化裂解深度；三是對裂解爐管管壁溫度TMT進行優(yōu)化控制，減少結(jié)焦現(xiàn)象；四是控制裂解爐的進料流量，使得其能夠達到目標值。乙烯裂解爐主要用于裂解氣的加工，是乙烯生產(chǎn)裝置的核心所在，可以將天然氣、原油、煉廠氣等加工成裂解氣，提供給其它的乙烯裝置，完成乙烯加工。裂解深度是衡量乙烯裂解爐內(nèi)部裂解反應(yīng)程度的一個重要指標，需要控制在合理范圍內(nèi)，才能夠保證產(chǎn)品收率。因此，做好乙烯裂解爐裂解深度的控制和優(yōu)化意義重大。

1 先進過程控制與優(yōu)化系統(tǒng)

1.1 SPYRO模型

SPYRO軟件是基于自由基原理的一種模擬軟件，在已知原料組成的基礎(chǔ)上，可以對各種爐型的裂解過程進行預(yù)測和模擬，也可以輸入現(xiàn)有裂解原料的性質(zhì)數(shù)據(jù)以及操作工況，對產(chǎn)物分布進行模擬，并以此為依據(jù)明確最佳操作工況，對裂解爐的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。以離線SPYRO模型配合PIMS軟件，對不同裂解原料的最優(yōu)裂解深度進行了明確和優(yōu)化。考慮到裂解爐操作中實際操作工況以及裂解原料的組成性質(zhì)處于動態(tài)變化中，為了確保裂解爐運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)裂解深度的最優(yōu)化，需要設(shè)計先進過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)[1]。

1.2 控制目標

將常規(guī)控制中裂解爐出口溫度操作控制轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M過程的裂解深度控制，可以實現(xiàn)裂解反應(yīng)操作條件的穩(wěn)定性和均一性，使得其產(chǎn)物的分布更加穩(wěn)定，減少波動現(xiàn)象。在約束條件下，通過優(yōu)化控制，能夠有效減少廢料，實現(xiàn)增產(chǎn)增效的目的，同時也能夠保證作業(yè)人員、設(shè)備以及作業(yè)環(huán)境的安全性。

2 乙烯裂解爐裂解深度的優(yōu)化控制

2.1 裂解深度優(yōu)化流程

受市場供需關(guān)系變化的影響，乙烯生產(chǎn)設(shè)備的價格也存在較大的波動，從市場的角度出發(fā)，應(yīng)該盡量采用最大化模式進行生產(chǎn)?；诖耍呀鉅t深度的優(yōu)化目標應(yīng)該放在對原料的合理利用，從中獲取最大的產(chǎn)品價值。結(jié)合SAPC模型，可以以分鐘為單位，通過實時計算，得到相應(yīng)的裂解深度，如果裂解爐出口存在有分析數(shù)據(jù)，模型計算可以提供在線更新功能，通過原料在線分析與SAPC模型的聯(lián)合，可以完成對裂解深度隨原料變化情況的分析和研究。結(jié)合SPYRO模型和APC系統(tǒng)，結(jié)合穩(wěn)定的COT（最優(yōu)裂解深度），可以對裂解深度進行有效控制，繼而提升乙烯的產(chǎn)量[2]。

2.2 優(yōu)化方向調(diào)整

優(yōu)化方向的調(diào)整應(yīng)該立足市場，以石油腦為例進行分析，伴隨著裂解深度的降低，乙烯、氫氣、甲烷等的收率明顯下降，丙烯、粗裂解汽油等的收率則顯著提高。結(jié)合SPYRO模型的離線數(shù)據(jù)，在COT（最優(yōu)裂解深度）均值為835℃時，每降低1℃，丙烯產(chǎn)量會增加0.09%，粗裂解氣產(chǎn)量增加0.04%，乙烯產(chǎn)量減少0.13%，甲烷產(chǎn)量減少0.04%。為了更好的研究總體效益，這里結(jié)合0.9的系數(shù)，對其進行綜合考慮。依照8000h/年、400t/h的進料，結(jié)合不同裂解產(chǎn)品的價格表（表1），展開分析計算。

以丙烯產(chǎn)量最大化的工況進行計算，每年最大化丙烯產(chǎn)量的效益為0.9×8000h×400t/h×（丙烯×8239+混合C4×6308-乙烯× 9044-甲烷×870-氫氣×13416+粗裂解汽油×5980）=0.9×8000× 400×（0.09%×83239+0.07%×6308+0.04%×5980-0.13%×9044-0.07%×870-0.004%×13416）≈3796589元。結(jié)合計算結(jié)果，COT（最優(yōu)裂解深度）每降低1℃，總體效益能夠提高約380萬元。

表1 不同裂解產(chǎn)品價格

2.3 最優(yōu)裂解深度確立

依照石油腦、液化氣等不同裂解材料的性質(zhì)，結(jié)合SPYRO離線模型，對不同原料在不同裂解深度下的產(chǎn)品分布進行分析和模擬計算，在充分考慮原料價格、產(chǎn)品價格以及投料負荷安排等的基礎(chǔ)上，運用ASPEN-PIMS軟件，進行優(yōu)化分析，可以得到乙烯裂解爐在效益最大化工況下，各個裂解原料的裂解深度，并將之作為控制目標。從裂解爐的實際運行情況出發(fā)，結(jié)合APC系統(tǒng)，進行裂解爐最優(yōu)裂解深度的調(diào)整，使得各種原料的裂解深度能夠達到設(shè)定值[3]。

3 結(jié)語

結(jié)合先進控制項目，可以有效提升乙烯裂解爐運行的平穩(wěn)性，降低操作人員的勞動強度，同時減少了人為誤操作以及生產(chǎn)過程的上下游干擾問題，能夠顯著提高產(chǎn)品的質(zhì)量。同時，先進控制項目的實施，也可以在強化裝置處理能力的同時，延長其使用壽命，為企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來較大的增長。

[1]唐昭.乙烯裂解爐裂解深度的先進過程控制與優(yōu)化[J].安徽化工,2016,42(2):42-44.

[2]蔣勇,梅華,胡天生,王宏剛.乙烯裂解爐裂解深度在線優(yōu)化研究與應(yīng)用[J].化工進展,2010,29(7):1373-1376.

[3]方晴晴.乙烯裂解爐軟測量建模及裂解深度實時優(yōu)化[D].華東理工大學(xué),2015.