徐彬(中海石油寧波大榭石化有限公司生產(chǎn)運行九部，浙江 寧波 315812)

0 引言

苯乙烯用于生產(chǎn)聚苯乙烯以及苯乙烯系熱塑性彈性體等，是重要的化工原料。中海石油寧波大榭石化有限公司30萬噸/年乙苯裝置采用中石化稀乙烯制乙苯技術，28萬噸/年苯乙烯裝置采用ST 自主國產(chǎn)化乙苯絕熱脫氫恒沸順序分離節(jié)能技術，裝置于2016年6月14日開車并實現(xiàn)一次開車成功。通過開車以來實際生產(chǎn)運行體會，由于乙苯/苯乙烯裝置是煉油裝置的下游裝置，應對裝置負荷變化優(yōu)化和控制操作參數(shù)，提高裝置運行的經(jīng)濟性是有待解決的主要問題。在乙苯/苯乙烯生產(chǎn)過程中，反應和精餾系統(tǒng)是該裝置的關鍵環(huán)節(jié)，反應系統(tǒng)運行狀況的好壞決定了反應過程的原料轉(zhuǎn)化率和物耗，也是乙苯/苯乙烯裝置發(fā)揮其最佳產(chǎn)量的關鍵環(huán)節(jié)。如果反應系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并且乙烯、乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性好，反應系統(tǒng)的物耗和蒸汽消耗就相對降低。相應地乙苯、苯乙烯精餾單元能耗受產(chǎn)品純度要求和中間分布組分在相鄰精餾塔塔釜、塔頂分配比例等因素影響，需要根據(jù)裝置生產(chǎn)負荷、原料組成變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，提高產(chǎn)品收率、降低單元操作能耗。

要解決生產(chǎn)裝置運行中的上述問題，就必須對過程的運行特性和機理有深刻的理解與認識，結(jié)合生產(chǎn)操作經(jīng)驗，構(gòu)建能反映生產(chǎn)過程運行特性的數(shù)學模型，實現(xiàn)全流程先進控制，并對其運行參數(shù)進行尋優(yōu)，用于指導實際生產(chǎn)過程參數(shù)優(yōu)化調(diào)整。針對大榭石化乙苯、苯乙烯裝置實際運行情況開展智能制造的研究(過程建模、優(yōu)化設計、先進控制與優(yōu)化運行工作)，重點研發(fā)面向先進控制與運行優(yōu)化的高精度模型，設計先進控制系統(tǒng)和優(yōu)化運行策略等關鍵技術。通過先進控制及生產(chǎn)過程優(yōu)化技術的應用，提高裝置應對負荷變化的能力和生產(chǎn)運行水平，提高裝置運行的經(jīng)濟效益[1]。

1 項目實施內(nèi)容

1.1 構(gòu)建乙苯、苯乙烯裝置先進控制系統(tǒng)

采用模型預測控制、智能控制和軟測量技術，建立苯乙烯裝置烷基化反應單元、乙苯精餾單元、乙苯脫氫反應單元以及苯乙烯精餾單元的動態(tài)控制模型，設計與開發(fā)相關單元的先進控制器，最終實現(xiàn)苯乙烯裝置先進控制系統(tǒng)的應用。該系統(tǒng)可以處理裝置中存在的多變量、大純滯后、強耦合等復雜過程特性，并集成工藝工程師、操作人員長期的生產(chǎn)經(jīng)驗，在工況變化時能夠保持良好的控制性能，充分挖掘乙苯苯乙烯裝置的生產(chǎn)潛力，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的卡邊優(yōu)化控制，提高裝置自動化水平，實現(xiàn)節(jié)能降耗。詳見圖1。

圖1 先進控制平臺APC-iSYS 3.1、多變量預測控制軟件APC-ADCON 10.2

1.2 完成乙苯、苯乙烯裝置離線優(yōu)化運行技術研發(fā)

開展乙苯烷基化反應、烷基轉(zhuǎn)移反應、乙苯脫氫反應、反應產(chǎn)物精餾過程的機理建模及關鍵操作參數(shù)的特性研究，完成乙苯、苯乙烯裝置離線優(yōu)化運行技術研發(fā)

華東理工大學和中石化上海工程有限公司綜合應用化學工程技術、建模技術、計算機應用技術、數(shù)據(jù)分析處理技術及優(yōu)化技術進行全流程模擬優(yōu)化，針對干氣法烷基化制乙苯工業(yè)生產(chǎn)裝置的實際情況，開展了乙烯與苯反應過程、烷基轉(zhuǎn)移反應過程、乙苯脫氫制苯乙烯反應過程、脫氫產(chǎn)物精餾過程的機理建模、工業(yè)裝置關鍵工藝參數(shù)操作特性研究，完成了乙苯、苯乙烯裝置離線優(yōu)化運行技術的研發(fā)。脫氫效果驗證見圖2所示。通過優(yōu)化系統(tǒng)的運用，同時利用裝置運行的歷史大數(shù)據(jù)、專家知識庫等數(shù)據(jù)進行綜合分析，對裝置的持續(xù)調(diào)整優(yōu)化給予指導，提供理論支持。

圖2 脫氫反應器模型預測效果驗證

1.3 保障裝置長周期運行

先進控制系統(tǒng)的應用，主要工藝參數(shù)標準方差降低了53.2%，使得裝置生產(chǎn)平穩(wěn)性顯著提高，保障了裝置的長周期運行。

乙苯、苯乙烯裝置先控系統(tǒng)總共設計109個控制回路，除5個控制回路由于工藝及儀表調(diào)節(jié)閥、流量計存在較大偏差，需要裝置停工后處理外，其他先控控制回路投用以來實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運行，目前總投運率為95.4%。

(1)實現(xiàn)了烴化反應負荷的平穩(wěn)控制，效果對比見表1。

表1 烴化反應負荷投運前后效果對比

(2)實現(xiàn)了烴化反應苯烯比平穩(wěn)控制，效果對比見表2。

表2 烴化反應苯烯比投運前后效果對比

(3)實現(xiàn)了乙苯苯乙烯塔T402先進控制，主要被控變量塔中溫度TI40505.PV。效果對比見表3。

表3 乙苯苯乙烯塔T402投運前后效果對比

圖3 先進控制系統(tǒng)投用前后工藝參數(shù)平穩(wěn)性對比

先進控制系統(tǒng)投用前后工藝參數(shù)平穩(wěn)性對比效果圖見圖3。

1.4 裝置能耗下降

通過先進控制系統(tǒng)卡邊操作及離線優(yōu)化系統(tǒng)提供的指導，乙苯苯乙烯裝置工藝操作參數(shù)得到優(yōu)化，裝置能耗下降。

先進控制系統(tǒng)投用后，裝置的運行平穩(wěn)性獲得很大提升，通過相關參數(shù)的調(diào)整逐步實現(xiàn)系統(tǒng)卡邊優(yōu)化，如對于精餾塔，在保證塔內(nèi)溫度分布穩(wěn)定的基礎上通過回流量與塔釜熱源的匹配實現(xiàn)了回流量最小化、塔頂冷后溫度的高控，以及烴化反應條件的操作優(yōu)化，平穩(wěn)了反應單元進料負荷，降低了裝置生產(chǎn)能耗。乙苯裝置能耗下降約1.9kgOE/t，降幅1.47%(表4)；苯乙烯裝置能耗下降2.3kgOE/t，降幅約0.85%(表5)。

表4 乙苯裝置綜合能耗對比表

表5 苯乙烯裝置綜合能耗對比表

1.5 每年增產(chǎn)苯乙烯112噸

通過對苯乙烯精餾塔操作參數(shù)、塔頂塔釜指標的模擬，在保證苯乙烯產(chǎn)品合格的前提下，對苯乙烯產(chǎn)品純度進行卡邊操作，苯乙烯純度由99.92%降低至99.88%，解決了苯乙烯產(chǎn)品質(zhì)量純度過剩的難題，每年增加苯乙烯產(chǎn)量約112噸，增效約95萬元。

2 項目實施效益評價

乙苯苯乙烯裝置過程優(yōu)化和先進控制系統(tǒng)的實施帶來的經(jīng)濟和社會效益體現(xiàn)在如下幾個方面：

(1)先進控制系統(tǒng)的成功開發(fā)和應用，主要工藝參數(shù)標準方差降低了53.2%，使得裝置生產(chǎn)平穩(wěn)性顯著提高，保障了裝置的長周期運行；

(2)對相關單元如精餾塔、反應器操作進行了優(yōu)化，降低了裝置能耗，其中乙苯裝置綜合能耗降低1.47%，苯乙烯裝置綜合能耗降低0.85%；

(3)先進控制系統(tǒng)投用率達到95.4%左右，提高了企業(yè)的自動化水平，顯著降低了操作人員的勞動強度[2]。

3 項目優(yōu)化及改進建議

由于該技術對儀表測量的準確性和穩(wěn)定性要求較高，裝置有少數(shù)流量計存在一定的測量誤差及波動，在投用先進控制時，容易產(chǎn)生波動。建議在裝置檢修時，更換該儀表，確保測量的準確性和穩(wěn)定性。

目前乙苯苯乙烯裝置只是完成了全流程建模及離線優(yōu)化，對于裝置的優(yōu)化及調(diào)整無法做到及時有效。建議對關鍵部位增加在線分析儀表，通過對反應物料組成、塔頂塔釜物料組成進行及時分析，及時反饋調(diào)整，實現(xiàn)在線實時優(yōu)化調(diào)整功能[3]。

4 結(jié)語

通過本技術的應用，乙苯苯乙烯裝置建立了反應控制器、精餾控制器，并在DCS 操作站上建立人機交互界面，同時，利用苯乙烯生產(chǎn)過程工藝模型和知識庫，建立過程優(yōu)化層、模型預測控制優(yōu)化層、模型預測控制動態(tài)層、DCS 控制層四層優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)，同時該系統(tǒng)操作界面友好，操作簡便，可在控制界面中根據(jù)需求輸入不同的控制參數(shù)及調(diào)優(yōu)方案，實現(xiàn)苯乙烯生產(chǎn)過程工藝操作的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化和動態(tài)控制無縫聯(lián)接，提高生產(chǎn)優(yōu)化的可靠性和可操作性，降低裝置能耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。目前大榭石化乙苯苯乙烯裝置能耗在同行業(yè)中處于領先水平，該項目的實施，具有較強的推廣性及借鑒意義。