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CN114436748B - 液相选择加氢反应中的控制方法、控制系统及反应系统 - Google Patents

液相选择加氢反应中的控制方法、控制系统及反应系统 Download PDF

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CN114436748B CN202011210726.XA CN202011210726A CN114436748B CN 114436748 B CN114436748 B CN 114436748B CN 202011210726 A CN202011210726 A CN 202011210726A CN 114436748 B CN114436748 B CN 114436748B
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Abstract

一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法、控制系统及一种液相选择加氢反应系统。控制方法包括：实时采集反应系统的可测参数，可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。本发明确保反应所需氢气通过溶解的方式配入以提高加氢反应选择性，同时实现反应器出口炔烃或二烯烃的卡边安全控制，且避免过量配氢，提高控制质量。

Description

液相选择加氢反应中的控制方法、控制系统及反应系统
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法、控制系统及一种液相选择加氢反应系统。
背景技术
目前，针对含有炔烃或二烯烃的轻烃资源，工业上主要还是通过选择性加氢的办法将其脱除或将其转化为高附加值的产品，即将炔烃或二烯烃加氢生产烯烃或仅将炔烃加氢生产二烯烃。
在催化剂的作用下，轻烃资源中的炔烃、二烯烃及单烯烃均可以在较低温度下与氢气发激烈反应。选择加氢反应是气、液、固三相反应，但由于反应所需氢气量小，氢气受限溶解于轻烃中，再与轻烃中的反应物如炔烃或二烯烃等通过质量传递穿过液膜到达催化剂表面进行反应。为了提高选择加氢反应选择性，可采用依靠液相循环溶氢方式进入反应器，改善了氢气在反应器中的分布，提高了选择加氢反应的选择性。实际生产中，为了兼顾单烯烃收率及产品中的炔烃或二烯烃浓度，往往采取卡边操作，氢气需要精确计量。由于氢气是通过溶解的方式间接进入反应系统，属于因变量，面对原料波动时容易出现氢气调整不及时导致产品中炔烃或二烯烃含量波动，即提高加氢反应选择性的同时带来了产品质量易波动的问题。
目前，选择加氢反应控制主要采用前馈控制，即通过实时测量反应器入口的炔烃或二烯烃含量和流量，通过设定的氢炔比公式计算选择加氢反应所需的氢气量，从而控制反应器入口氢气配入量，同时为监测产品中的炔烃或二烯烃含量，在反应器出口设置在线分析仪。由于反应器出口的在线分析仪未参与控制回路，加氢反应氢气的调节并未以结果为导向，加氢产品中的炔烃或二烯烃含量并未得到严格控制，仍然存在超标的可能性。同时，由于采用人为输入的氢气比进行配氢量控制，在反应初期及末期，或随加氢反应运行时间的推移，选择加氢反应的活性及选择性会出现变化，反应所需的氢炔比也会随之变化，因此仍然需要人为对氢炔比参数进行调节。同时，为了控制加氢反应产品中的炔烃或二烯烃不超标，往往需要设置相对较大的氢炔比，导致加氢反应中氢气配入过量，选择性降低，单烯烃收率下降。
综上所述，通过设置氢炔比对反应器出口炔烃或二烯烃含量的控制方法，是一种基于手动调节的开环控制的方法，其弊端是控制质量不高容易导致选择性降低。
中国专利CN1199920C公布了一种乙炔加氢反应器出口乙炔含量的控制方法，实时采集测量反应器出口乙炔浓度值，通过直接调节反应器入口的配氢量，闭环控制反应器出口乙炔含量，提高了产品收率，但并未考虑到氢气分布对选择加氢反应的影响，并未将溶解了氢气的循环油作为调整反应器出口炔烃或二烯烃含量的因素，仍存在配氢不当的缺陷，不易控制产品质量。
发明内容
本发明的目的是实现液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的卡边安全控制，避免过量配氢，提高控制质量。
为了实现上述目的，本发明提供一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法，所述控制方法包括：实时采集反应系统的可测参数，所述可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节所述液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
本发明另一方面提供一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，包括：
采集器，用于实时采集反应系统的可测参数，所述可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
控制器，将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节所述液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
本发明再一方面提供一种液相选择加氢反应系统，包括：
反应器，用于含炔烃或二烯烃原料与氢进行选择加氢反应；
缓冲溶氢罐，与所述反应器连接，用于进行缓冲溶氢；
液相油循环管线，连接于所述缓冲溶氢罐的出口与所述反应器的入口之间；
所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，用于控制通过所述液相油循环管线的液相油循环量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
本发明的有益效果在于：通过实时采集反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量，将反应器出口的炔烃或二烯烃含量作为控制系统的输入量，自动调节液相循环油流量，间接调整通过溶解进入反应系统的配氢量，闭环控制反应器出口的炔烃或二烯烃含量，有效改善产品质量受进料影响易波动的情况，确保了反应所需氢气通过溶解的方式配入以提高加氢反应选择性，同时实现了反应器出口炔烃或二烯烃的卡边安全控制，避免了过量配氢，提高控制质量。此外，与常规控制方案相比，能够减少1～2套在线分析系统，节省投资。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法的原理图。
图2示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应系统的示意图。
图3示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应系统的相关参数运行曲线。
图4示出了对比例的液相选择加氢反应系统的相关参数运行曲线。
附图标记说明：
1原料泵；2一段加氢反应器；3缓冲溶氢罐；4循环泵；5一段换热器；6二段换热器；7二段加氢反应器；8氢气流量计；9成分分析仪及控制器；10循环油流量计及控制器；101原料；102氢气；103反应器进料；104反应器出料；105循环稀释油；106轻烃产品；107加氢产品；108二段反应器进料。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法，包括：实时采集反应系统的可测参数，可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
该控制方法闭环控制反应器出口炔烃或二烯烃含量，确保了反应所需氢气通过溶解的方式配入以提高加氢反应选择性，同时实现了反应器出口炔烃或二烯烃含量的卡边安全控制，且避免了过量配氢，提高控制质量。
可选地，可测参数还可包括进入反应系统的氢气流量，以对进入反应系统的氢气进行跟踪监测。
可选地，炔烃或二烯烃含量控制包括反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制形成串级控制。图1示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法的原理图。在该串级控制中，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制器作为主控制器，反应器出口炔烃或二烯烃含量作为主控对象；反应系统液相循环油流量的PID控制器作为副控制器，液相循环油流量作为副控制对象。反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制的输出信号作为反应系统液相循环油流量的PID控制的输入信号。
可选地，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制满足以下条件：
其中，u(t)表示t时刻采样时控制器的输出；
u(t-k)表示t-k时刻采样时控制器的输出；
e(t)表示t时刻的误差信号；
e(t-k)表示t-k时刻的误差信号；
pv(t)表示t时刻的工艺变量值；
pv(t-k)表示t-k时刻的工艺变量值；
Kc、Ti、Td表示控制参数，分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数；
h表示采样周期。
其中，对于反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制，工艺变量值为反应器出口炔烃或二烯烃含量的实测值，对于反应系统液相循环油流量的PID控制，工艺变量值为液相循环油流量的实测值。
可选地，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制的输入信号为反应器出口炔烃或二烯烃含量的设定值与实测值的差值，输出信号作为反应系统液相循环油流量的PID控制的输入信号。
可选地，反应系统液相循环油流量的PID控制由液相循环油流量的设定值与测量值的差值、液相循环油流量的实测值，采用反馈手段实时闭环调整反应系统液相循环油流量。
串级控制是两个控制器串联起来工作，其中一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值。在本发明的实施例中，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制的输出信号作为反应系统液相循环油流量的PID控制的输入信号，具体地，液相循环油流量的设定值为：
Recycle.SP＝Reactor.OP*(Recycle.PV_max-Recycle.PV_min)+Recycle.PV_min
其中：
Recycle.SP表示液相循环油流量的设定值；
Reactor.OP表示炔烃或二烯烃含量控制的输出信号；
Recycle.PV_max表示液相循环油流量控制的流量最大值；
Recycle.PV_min表示液相循环油流量控制的流量最小值。
其中，Recycle.PV_max和Recycle.PV_min是预先设定的工艺参数。
具体地，反应系统液相循环油流量的PID控制通过控制设于液相循环油管线上的阀门调节液相循环油流量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
本发明实施例还提供一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，包括：
采集器，用于实时采集反应系统的可测参数，可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
控制器，将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节所述液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
可选地，控制器包括反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制器和反应系统液相循环油流量的PID控制器，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制器和反应系统液相循环油流量的PID控制器形成串级控制。
可选地，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制器和反应系统液相循环油流量的PID器控制满足以下条件：
其中，u(t)表示t时刻采样时控制器的输出；
u(t-k)表示t-k时刻采样时控制器的输出；
e(t)表示t时刻的误差信号；
e(t-k)表示t-k时刻的误差信号；
pv(t)表示t时刻的工艺变量值；
pv(t-k)表示t-k时刻的工艺变量值；
Kc、Ti、Td表示控制参数，分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数；
h表示采样周期。
可选地，反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制器的输入信号为反应器出口炔烃或二烯烃含量的设定值与实测值的差值，输出信号作为反应系统液相循环油流量的PID控制器的输入信号。
可选地，反应系统液相循环油流量的PID控制器由液相循环油流量的设定值与测量值的差值、液相循环油流量的实测值，采用反馈手段实时闭环调整反应系统液相循环油流量。
可选地，液相循环油流量的设定值为：
Recycle.SP＝Reactor.OP*(Recycle.PV_max-Recycle.PV_min)+Recycle.PV_min
其中：
Recycle.SP表示液相循环油流量的设定值；
Reactor.OP表示炔烃或二烯烃含量控制的输出信号；
Recycle.PV_max表示液相循环油流量控制的流量最大值；
Recycle.PV_min表示液相循环油流量控制的流量最小值。
可选地，反应系统液相循环油流量的PID器控制通过控制设于液相循环油管线上的控制阀调节液相循环油流量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
采集器包括：
成分分析仪，用于测量反应器出口的炔烃或二烯烃含量；
循环油流量计，用于测量液相循环油流量。
可选地，采集器还可以包括氢气流量计，用于跟踪监测进入反应系统的氢气。
本发明的实施例还提供一种液相选择加氢反应系统，包括：
反应器，用于含炔烃或二烯烃原料与氢进行选择加氢反应；
缓冲溶氢罐，与反应器连接，用于进行缓冲溶氢；
液相油循环管线，连接于缓冲溶氢罐的出口与反应器的入口之间；
所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，用于控制通过液相油循环管线的液相油循环量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
实施例
图2示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应系统的示意图。如图2所示，含有炔烃或二烯烃的液相不饱和轻烃的原料101经原料泵1升压至反应压力，经作为稀释循环油的加氢产品107稀释后进入一段加氢反应器2，进行选择加氢反应。一段加氢反应器2的出口产品进入缓冲溶氢罐3，在此氢气102进行溶解，罐底液相一部分作为溶解了反应所需氢气的循环稀释油105，采用循环泵4送至换热器5换热后返回一段加氢反应器2的入口，另一部分经二段换热器6换热后作为二段加氢反应器7的进料，依靠溶氢将一段反应产品中微量的炔烃或二烯烃进一步选择加氢脱除，最终得到轻烃产品106。
液相循环油管线上设置有循环油流量计及控制器10，氢气管线上设置有氢气流量计8，二段加氢反应器7的出口设置有成分分析仪及控制器9。通过实时采集反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量，将反应器出口的炔烃或二烯烃含量作为控制系统的输入量，自动调节液相循环油流量，间接调整通过溶解进入反应系统的配氢量，闭环控制反应器出口的炔烃或二烯烃含量，确保了反应所需氢气通过溶解的方式配入以提高加氢反应选择性，同时实现了反应器出口炔烃或二烯烃的卡边安全控制，且避免了过量配氢，提高控制质量。
图3示出了根据本发明实施例的液相选择加氢反应系统的相关参数运行曲线，其中原料进料量在正常值上下波动10％，通过图3可以看出，反应器出口炔烃含量平稳，改善效果明显。
在本实施例中，采用了两段反应器，在只采用一段反应器时，控制方法相同。
对比例
图4示出了对比例的液相选择加氢反应系统的相关参数运行曲线，其采用与本发明实施例相同的反应系统，但是采用常规控制方法，其中原料进料量在正常值上下波动10％，通过图4可以看出，反应器出口炔烃含量变化明显，控制效果不佳。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：实时采集反应系统的可测参数，所述可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节所述液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量；
其中，所述炔烃或二烯烃含量控制包括反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制，所述反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制形成串级控制；
其中，所述反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和所述反应系统液相循环油流量的PID控制满足以下条件：
其中，u(t)表示t时刻采样时控制器的输出；
u(t-1)表示t-1时刻采样时控制器的输出；
e(t)表示t时刻的误差信号；
e(t-1)表示t-1时刻的误差信号；
pv(t)表示t时刻的工艺变量值；
pv(t-1)表示t-1时刻的工艺变量值；
pv(t-2)表示t-2时刻的工艺变量值；
Kc、Ti、Td表示控制参数，分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数；
h表示采样周期；
其中，对于反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制，工艺变量值为反应器出口炔烃或二烯烃含量的实测值，对于反应系统液相循环油流量的PID控制，工艺变量值为液相循环油流量的实测值；
其中，所述反应系统液相循环油流量的PID控制由所述液相循环油流量的设定值与测量值的差值、所述液相循环油流量的实测值，采用反馈手段实时闭环调整所述反应系统液相循环油流量；
其中，所述液相循环油流量的设定值为：
Recycle.SP＝Reactor.OP*(Recycle.PV_max-Recycle.PV_min)+Recycle.PV_min
其中：
Recycle.SP表示液相循环油流量的设定值；
Reactor.OP表示炔烃或二烯烃含量控制的输出信号；
Recycle.PV_max表示液相循环油流量控制的流量最大值；
Recycle.PV_min表示液相循环油流量控制的流量最小值。
2.根据权利要求1所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法，其特征在于，所述反应系统液相循环油流量的PID控制通过控制设于液相循环油管线上的控制阀调节所述液相循环油流量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
3.一种液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，其特征在于，包括：
采集器，用于实时采集反应系统的可测参数，所述可测参数包括：反应器出口的炔烃或二烯烃含量、液相循环油流量；
控制器，将采集到的可测参数作为炔烃或二烯烃含量控制的输入量，自动调节所述液相循环油流量以调整通过溶解进入反应系统的配氢量；
其中，所述炔烃或二烯烃含量控制包括反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制，所述反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和反应系统液相循环油流量的PID控制形成串级控制；
其中，所述反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制和所述反应系统液相循环油流量的PID控制满足以下条件：
其中，u(t)表示t时刻采样时控制器的输出；
u(t-1)表示t-1时刻采样时控制器的输出；
e(t)表示t时刻的误差信号；
e(t-1)表示t-1时刻的误差信号；
pv(t)表示t时刻的工艺变量值；
pv(t-1)表示t-1时刻的工艺变量值；
pv(t-2)表示t-2时刻的工艺变量值；
Kc、Ti、Td表示控制参数，分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数；
h表示采样周期；
其中，对于反应器出口炔烃或二烯烃含量的PID控制，工艺变量值为反应器出口炔烃或二烯烃含量的实测值，对于反应系统液相循环油流量的PID控制，工艺变量值为液相循环油流量的实测值；
其中，所述反应系统液相循环油流量的PID控制由所述液相循环油流量的设定值与测量值的差值、所述液相循环油流量的实测值，采用反馈手段实时闭环调整所述反应系统液相循环油流量；
其中，所述液相循环油流量的设定值为：
Recycle.SP＝Reactor.OP*(Recycle.PV_max-Recycle.PV_min)+Recycle.PV_min
其中：
Recycle.SP表示液相循环油流量的设定值；
Reactor.OP表示炔烃或二烯烃含量控制的输出信号；
Recycle.PV_max表示液相循环油流量控制的流量最大值；
Recycle.PV_min表示液相循环油流量控制的流量最小值。
4.根据权利要求3所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制方法，其特征在于，所述反应系统液相循环油流量的PID器控制通过控制设于液相循环油管线上的控制阀调节所述液相循环油流量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
5.根据权利要求3所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，其特征在于，所述采集器包括：
成分分析仪，用于测量反应器出口的炔烃或二烯烃含量；
循环油流量计，用于测量液相循环油流量。
6.一种液相选择加氢反应系统，其特征在于，包括：
反应器，用于含炔烃或二烯烃原料与氢进行选择加氢反应；
缓冲溶氢罐，与所述反应器连接，用于进行缓冲溶氢；
液相油循环管线，连接于所述缓冲溶氢罐的出口与所述反应器的入口之间；
根据权利要求3-5中任一项所述的液相选择加氢反应中炔烃或二烯烃含量的控制系统，用于控制通过所述液相油循环管线的液相油循环量，以调整通过溶解进入反应系统的配氢量。
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CN1424295A (zh) * 2001-12-10 2003-06-18 石油大学(北京) 一种乙炔加氢反应器活性选择性的控制方法
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