EP2868731A1

EP2868731A1 - Method and control system for controlling the operation of a steam cracker

Info

Publication number: EP2868731A1
Application number: EP14191250.1A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Bacher
Original assignee: OMV Refining and Marketing GmbH
Current assignee: OMV Downstream GmbH
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-05-06
Also published as: AT515004A1

Abstract

Verfahren und Regelungssystem (13) zur Regelung des Betriebs eines Steamcrackers (1), der zumindest einen Ofen (7) und mindestens einen Einsatz (6), welcher zur Beschickung mit dem zumindest einen Ofen (7) verbunden ist, aufweist, wobei basierend auf einem nichtlinearen Modell des Steamcrackers (1) und einer gegebenen Einsatzzusammensetzung mit einem globalen nichtlinearen Regler (14) ein von einer voraussichtlichen Zusammensetzung eines aus dem Ofen (7) austretenden Produktstroms abhängiger Deckungsbeitrag durch Variation einer oder mehrerer Stellgrößen des Steamcrackers (1) optimiert wird, wobei eine der zur Optimierung des Deckungsbeitrags variierten Stellgrößen ein Ofenparameter des Ofens (7) ist.A method and control system (13) for controlling the operation of a steam cracker (1) having at least one furnace (7) and at least one insert (6) connected to the at least one furnace (7) for charging, based on a nonlinear model of the steam cracker (1) and a given feed composition with a global nonlinear controller (14) optimizes a contribution margin dependent on a prospective composition of a product stream exiting the oven (7) by varying one or more manipulated variables of the steam cracker (1); wherein one of the manipulated variables varied to optimize the contribution margin is a furnace parameter of the furnace (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Regelungssystem zur Regelung des Betriebs eines Steamcrackers, der zumindest einen Ofen und mindestens einen Einsatz, welcher zur Beschickung mit dem zumindest einen Ofen verbunden ist, aufweist, basierend auf einem nichtlinearen Modell des Steamcrackers und einer gegebenen Einsatzzusammensetzung ein von einer voraussichtlichen Zusammensetzung eines aus dem Ofen austretenden Produktstroms abhängiger Deckungsbeitrag durch Variation einer oder mehrerer Stellgrößen des Steamcrackers optimiert wird bzw. mit einem globalen nichtlinearen Regler, welcher eingerichtet ist, eine oder mehrere Stellgrößen des Steamcrackers mittels Optimierung eines von einer Zusammensetzung eines Produktstroms abhängigen Deckungsbeitrags zu berechnen.The invention relates to a method and a control system for controlling the operation of a steam cracker comprising at least one furnace and at least one insert connected to the at least one furnace for charging, based on a non-linear model of the steam cracker and a given feed composition one of is optimized by varying one or more manipulated variables of the steam cracker or with a global nonlinear controller, which is set to one or more manipulated variables of the steam cracker by optimizing a dependent of a composition of a product flow contribution margin to an anticipated composition of an emerging from the product flow product to calculate.

Im Stand der Technik wird zur Regelung des Betriebs eines Steamcrackers ein hierarchisch aufgebautes Regelungssystem verwendet. Ein übergeordneter Regler ermittelt eine oder mehrere (meist eine oder zwei) stationäre globale Führungsgrößen, d.h. die Auswahl der ermittelten Führungsgrößen ist vom detaillierten Aufbau der Anlage, insbesondere von der Anzahl der Öfen, unabhängig. Diese Ermittlung entspricht im Wesentlichen einer Optimierung eines globalen Deckungsbeitrags unter Variation der globalen Führungsgrößen, wobei die Optimierung auf Basis eines nichtlinearen stationären Modells der Verarbeitungs- und Aufarbeitungsstufen (wobei zur Vereinfachung in der Praxis einzelne Teil-Schritte linear modelliert oder weggelassen werden) vorgenommen wird. Aufgrund der naturgemäß langen Zykluszeit für die gesamte Regelstrecke (im Bereich von Stunden) kann der übergeordnete Regler mit kurzfristigen Änderungen im System kaum oder gar nicht Schritt halten und die errechneten Ziele sind für Zeitpunkte in der Vergangenheit gültig, die bedingt durch oftmalige Änderungen bereits wieder hinfällig sein können. Bei Anlagen die ständigen Änderungen unterliegen, wird dadurch viel vom möglichen Gewinn verschenkt. Des Weiteren kann durch den Zeitversatz das Feedback nur teilweise genutzt werden wodurch die erreichbare Vorhersagequalität und somit letztlich der Gewinn sinken.In the prior art, a hierarchical control system is used to control the operation of a steam cracker. A higher-level controller determines one or more (usually one or two) stationary global command values, i. the selection of the determined reference variables is independent of the detailed structure of the system, in particular of the number of ovens. This determination essentially corresponds to an optimization of a global contribution margin with variation of the global reference variables, whereby the optimization is carried out on the basis of a nonlinear stationary model of the processing and refurbishment stages (whereby for simplification in practice individual sub-steps are linearly modeled or omitted). Due to the inherently long cycle time for the entire controlled system (in the range of hours), the superordinate controller can barely keep pace with short-term changes in the system and the calculated targets are valid for points in time in the past, which are already obsolete due to frequent changes could be. In the case of systems which are subject to constant changes, this gives away much of the potential profit. Furthermore, due to the time offset, the feedback can only be partially used, as a result of which the achievable prediction quality and thus ultimately the profit decrease.

Die Freiheitsgrade des vom übergeordneten Regler verwendeten nichtlinearen stationären Modells, welche zur Optimierung variiert werden, sind zudem nicht geeignet um die Spaltgaszusammensetzung bzw. den Deckungsbeitrag über alle Öfen zu optimieren; insbesondere ist die meist verwendete Spaltschärfe (das Verhältnis der Produktmengen von Propylen und Ethylen) alleine nicht ausreichend, um die Spaltgaszusammensetzung zu definieren, weil der Produktstrom im Allgemeinen mehr als zwei Komponenten aufweist. Die aus der Optimierung resultierende stationäre globale Führungsgröße ist üblicherweise eine globale Spaltschärfe, d.h. ein Verhältnis von Propylen zu Ethylen, welches mit dem Steamcracker produziert werden soll, oder eine vergleichbare Größe, die sich aus einer oder zwei Komponenten des von allen Öfen in Summe produzierten Spaltgases berechnet, z.B. ein Ethylenanteil oder ein Verhältnis von Methan zu Propylen. Mit der Bezeichnung "global" ist in diesem Zusammenhang eine anlagen-weite Gültigkeit gemeint, d.h. ein "globaler" Wert erlaubt im Allgemeinen (bei mehr als einem Ofen) keine direkte Aussage über das Verhalten eines einzelnen Ofens.The degrees of freedom used by the parent controller non-linear stationary model, which are varied for optimization, are also not suitable for optimizing the fission gas composition or the contribution margin across all furnaces; In particular, the most widely used splitting acuity (the ratio of the product levels of propylene and ethylene) alone is not sufficient to define the cracking gas composition because the product stream generally has more than two components. The steady-state global leader resulting from the optimization is usually a global splitting power, ie, a ratio of propylene to ethylene to be produced with the steam cracker, or a comparable size made up of one or two components of the total fission gas produced by all the furnaces calculated, for example, an ethylene content or a ratio of methane to propylene. The term "global" in this context means a plant-wide validity, ie a "global" value generally (in more than one oven) does not allow any direct statement about the behavior of a single oven.

Der globale Deckungsbeitrag, d.h. der aus dem Prozessmodell ermittelte monetäre Ertrag, entspricht dem Funktionswert der optimierten Zielfunktion. Bei der Optimierung wird diese, im Allgemeinen nichtlineare Zielfunktion, maximiert. In die Zielfunktion gehen neben der Einsatzzusammensetzung des mindestens einen Einsatzes und den jeweils zugeordneten Einsatzkosten auch die Produktmengen der auf Basis der Einsatzzusammensetzung erzielbaren Produkte, die zugeordneten Produkterlöse sowie Energiekosten oder allgemein die Betriebskosten des Steamcrackers ein. Das Optimierungspotential ist dabei umso höher, je genauer die Produktmengen der erzielbaren Produkte vorherbestimmt werden können, wobei im Idealfall eine im Wesentlichen vollständig aufgeschlüsselte voraussichtliche Zusammensetzung des austretenden Produktstroms bei der Optimierung des Deckungsbeitrags berücksichtigt wird. Von den Argumenten der Zielfunktion werden nur die oben definierte(n) globale(n) Führungsgröße(n) als Freiheitsgrad(e) bei der Optimierung verwendet. Andere Argumente werden allenfalls zur Einhaltung von Randbedingungen bzw. Limitierungen, z.B. hinsichtlich des maximalen Gesamtproduktstroms für die nachfolgende Aufarbeitung, verwendet.The global contribution margin, ie the monetary yield determined from the process model, corresponds to the functional value of the optimized objective function. Optimization maximizes this, generally non-linear objective function. In addition to the application composition of the at least one use and the respectively associated costs of use, the target quantity also includes the product quantities of the products obtainable on the basis of the starting composition, the associated product revenues and energy costs or, in general, the operating costs of the steam cracker. The optimization potential is the higher, the more accurately the product quantities of the achievable products can be predetermined, ideally taking into account an essentially completely disaggregated prospective composition of the exiting product stream in optimizing the contribution margin. Of the arguments of the objective function, only the above-defined global reference variable (s) are used as the degree of freedom (e) in the optimization. Other arguments are used at most to comply with boundary conditions or Limitations, eg in terms of the maximum total product flow for subsequent workup used.

Die Umsetzung der stationären globalen Führungsgröße(n) auf den Betrieb der Anlage und der Öfen erfolgt üblicherweise anhand eines globalen Solvers (z.B. eines Composite Linear Programs, CLP, auch "Über-DMC" oder "FeedMaximizer" genannt), welcher die vorgegebene(n) globale(n) Führungsgröße(n) durch Lösung einer linearen Zielfunktion in stationäre lokale Führungsgrößen, z.B. für jeden einzelnen Ofen, übersetzt. In die Zielfunktion des linearen Solvers gehen weder Einsatzkosten noch Produkterlöse ein und es findet hier keine Optimierung hinsichtlich des Deckungsbeitrags statt. Stattdessen findet hier nur eine Aufteilung der stationären globalen Vorgabe (entsprechender globalen Führungsgröße) auf die einzelnen Öfen statt. Dementsprechend sind die lokalen Führungsgrößen meist direkte Entsprechungen einer globalen Führungsgröße, d.h. die global vorgegebene Spaltschärfe wird in stationäre lokale Vorgaben für die Spaltschärfe umgesetzt bzw. analog für andere Führungsgrößen. In der Praxis wird meist lediglich mittels Spaltschärfe übersetzt, welche Ofen wie viel Ethylen und Propylen (und zum Teil andere Produkte) produzieren bzw. welche Öfen eher Ethylen und welche eher Propylen erzeugen sollen. Bei einer globalen Vorgabe der gesamten Einsatzmenge ist es anschaulich, dass die lokalen Vorgaben so gewählt werden, dass die Summe der lokal vorgegebenen Einsatzmengen der globalen Vorgabe entspricht. Die Aufgabe des globalen Solvers ist es, das Gesamtsystem an die vom übergeordneten Regler vorgegebene stationäre globale Führungsgröße heran zu führen, gegen Störungen zu verteidigen und dabei allenfalls globale Limitierungen einzuhalten. Beispielsweise würde der globale Solver eine Einsatzzuteilung zu mehreren Öfen (falls überhaupt) dahingehend verändern, dass eine einzuhaltende Limitierung erfüllt, bzw. die gewünschten Produktmengen erreicht werden kann. In der Regel wird hier mittels einer vorgegebenen Reihenfolge der Einsatz zu den Öfen zugeteilt. Optimierung im Sinne einer deckungsbeitragsoptimalen Zuweisung der Einsätze findet nicht statt.The implementation of the stationary global reference variable (s) on the operation of the plant and the ovens is usually done on the basis of a global solver (eg a Composite Linear Programs, CLP, also called "over-DMC" or "FeedMaximizer"), which the given (n ) global reference variable (s) by solving a linear objective function into stationary local reference variables, eg for each individual oven. In the objective function of the linear solver, there are neither input costs nor product revenues and there is no optimization with regard to the contribution margin. Instead, there is only a division of the stationary global default (corresponding global reference variable) to the individual ovens. Correspondingly, the local reference variables are usually direct equivalents of a global reference variable, ie the globally prescribed gap resolution is converted into stationary local defaults for the splitting sharpness or analogously for other reference variables. In practice, it is usually translated only by means of slit-sharpness, which ovens produce how much ethylene and propylene (and in part other products) or which ovens tend to produce ethylene and which are more likely to produce propylene. With a global specification of the total input quantity, it is clear that the local specifications are selected such that the sum of the locally specified input quantities corresponds to the global specification. The task of the global solver is to bring the overall system up to the stationary global command given by the higher-order controller, to defend against disruptions and to comply with global limitations. For example, the global solver would change an allocation of use to multiple ovens (if any) to the extent that a required limit can be met or the desired product quantities can be achieved. As a rule, use of the ovens is assigned here by means of a predetermined sequence. Optimization in the sense of an allocation contribution optimal allocation of the inserts does not take place.

Die vom globalen Solver ermittelten stationären lokalen Führungsgrößen werden anschließend mehreren lokalen Solvern bzw. Reglern vorgegeben, die z.B. eine Regelung mittels Advanced Process Control (APC), insbesondere Dynamic Matrix Control (DMC), implementieren. Ein solcher lokaler Solver ist beispielsweise in der US 4,349,869 A gezeigt. Der lokale Solver erhält z.B. vom globalen Solver eine lokale Vorgabe für die Spaltschärfe und ermittelt daraus anhand eines linearen dynamischen Modells des jeweils zugeordneten Ofens eine Anzahl von Stellgrößen für den Ofen, welche auch als Ofenparameter bezeichnet werden. Diese Stellgrößen bzw. Ofenparameter können beispielsweise eine Auslasstemperatur des zugeordneten Ofens, eine Prozessdampfmenge, ein Dampf zu Kohlenwasserstoff Verhältnis oder eine Einsatzmenge des zumindest einen Ofens, sowie einen Saugdruck eines dem Ofen zugeordneten Spaltgasverdichters umfassen. Ganz allgemein sind Ofenparameter solche Freiheitsgrade des Prozesses, die physisch bzw. örtlich einem Bauteil Spaltofen zugeordnet werden können und den Betriebspunkt bezüglich des Deckungsbeitrags des Ofens durch Messung von Temperaturen, Drücken und Volumen- bzw. Massenströmen (eindeutig, in Bezug auf eine bekannte Einsatzzusammensetzung) definieren. Analyseergebnisse, wie z.B. die Zusammensetzung des Spaltgases, die Spaltschärfe, oder daraus abgeleitete Größen sind selbst keine Ofenparameter im eigentlichen Sinn, außer sie werden als (indirekte) Führungsgrößen, äquivalent für einen einzigen Ofenparameter verwendet. Global, d.h. gleichzeitig immer für mehrere Öfen, gültige Parameter, wie etwa ein oberes Limit für die gesamte Einsatzmenge, können zwar Stellgrößen des Steamcrackers, aber keine Ofenparameter im Sinne des hier verwendeten Begriffs sein. Die lokalen Solver arbeiten unabhängig von Einsatzkosten, Produkterlös oder Betriebskosten nur daran, lokale Limitierungen, insbesondere des Ofens und des Einsatzsystems, zu umgehen und beispielsweise instabile Zustände während der Anpassung an die lokale(n) Führungsgröße(n) zu vermeiden. Darüber hinaus arbeiten die lokalen Solver unabhängig voneinander und richten sich nach den lokalen Führungsgrößen. Das zeitliche Verhalten der Stellgröße richtet sich somit lediglich nach der vom globalen Solver erhaltenen stationären Vorgabe, so dass das System selbstständig an die Vorgabe geführt wird, d.h. ein lokaler oder globaler Deckungsbeitrag werden im zeitlichen Verhalten genauso wenig berücksichtigt wie globale Wechselwirkungen bzw. können diese aufgrund der Struktur des Regelungssystems auch gar nicht berücksichtigt werden.The stationary local command values determined by the global solver are then given to a number of local solvers or controllers, which implement, for example, control by means of Advanced Process Control (APC), in particular Dynamic Matrix Control (DMC). Such a local solver is for example in the US 4,349,869 A shown. The local solver, for example, receives from the global solver a local default for the slit sharpness and uses a linear dynamic model of the respectively assigned furnace to determine a number of manipulated variables for the furnace, which are also referred to as furnace parameters. These manipulated variables or furnace parameters can include, for example, an outlet temperature of the associated furnace, a process steam amount, a steam to hydrocarbon ratio or an amount used of the at least one furnace, and a suction pressure of a gap gas compressor associated with the furnace. In general, furnace parameters are those degrees of freedom of the process that can be physically and / or locally associated with a component cracking furnace and the operating point with respect to the contribution margin of the furnace by measuring temperatures, pressures, and volume or mass flows (clearly, relative to a known feed composition). define. Analysis results, such as fission gas composition, fissure, or derived quantities, are not actual furnace parameters in their own right unless used as (indirect) guide variables equivalent to a single furnace parameter. Although global, ie always for several ovens, valid parameters, such as an upper limit for the total amount used, may be manipulated variables of the steam cracker, but not furnace parameters in the sense of the term used here. Regardless of deployment costs, product revenue or operating costs, the local solvers only work around local limitations, in particular of the furnace and the deployment system, and for example to avoid unstable states during adaptation to the local control variable (s). In addition, the local solvers work independently of each other and depend on the local leaders. The temporal behavior of the manipulated variable thus depends only on the stationary one obtained from the global solver Specification, so that the system is independently guided to the specification, ie a local or global contribution margin are taken into account in temporal behavior just as little as global interactions or they can not even be considered due to the structure of the regulatory system.

Zusammenfassend wird bei bisherigen Regelungssystemen meist die Gesamtmenge an Produkten maximiert. Die Ausbeute an wertvollen Produkten und somit letztendlich der Gewinn wird dabei nur indirekt, meist über die Spaltschärfe "optimiert" bzw. verändert, was jedoch viel Potenzial ungenutzt lässt.In summary, in previous control systems usually the total amount of products is maximized. The yield of valuable products and thus ultimately the profit is thereby only "indirectly", mostly "optimized" over the Spaltschärfe or changed, which leaves however a lot of potential unused.

Die US 4,257,105 beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Steamcrackers, welches den Zweck verfolgt, die Verweilzeit im Cracker und die Flussgeschwindigkeit am Auslass so zu regeln, dass eine Verkokung im Cracker minimiert wird. Dabei wird ein Modell des Crackers zur Vorhersage der Auslassgeschwindigkeit und der Verweilzeit verwendet und auf Basis dieser Vorhersagen die Prozessdampfmenge geregelt. D.h. das Modell dient der Vorhersage etwaiger Verkokungen und die Prozessdampfmenge wird dementsprechend zur Vermeidung von Verkokungen geregelt, unabhängig vom Einfluss der Prozessdampfmenge auf eine Produktzusammensetzung und den davon abhängigen Deckungsbeitrag. Es ist daher grundsätzlich von einer herkömmlichen Prozessführung über Vorgabe eines Ethylen- bzw. Propylenanteils auszugehen.The US 4,257,105 describes a method of controlling a steam cracker which has the purpose of controlling the residence time in the cracker and the flow rate at the outlet so that coking in the cracker is minimized. Here, a model of the cracker is used to predict the outlet velocity and the residence time, and based on these predictions, the process steam quantity is controlled. This means that the model is used to predict any coking and the amount of process steam is accordingly regulated to avoid coking, regardless of the influence of the process steam quantity on a product composition and the contribution margin dependent thereon. It is therefore to be assumed in principle from a conventional process control over specification of an ethylene or propylene content.

In einem anderen Zusammenhang, nämlich zur Optimierung des Energiebedarfs, zeigt die CN 103289725 A ein Regelungsverfahren auf Basis eines nichtlinearen Prozessmodells. Dieses modelliert dabei allerdings nur den Ethylen-Ertrag. Die voraussichtliche Zusammensetzung des Produktstroms bleibt bei der Optimierung des Energiebedarfs unberücksichtigt.In another context, namely for the optimization of energy demand, shows the CN 103289725 A a regulatory procedure based on a nonlinear process model. However, this model only models the ethylene yield. The expected composition of the product stream is not taken into account when optimizing the energy requirement.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den Betrieb des Steamcrackers so zu regeln, dass der erzielbare globale Deckungsbeitrag angehoben wird.Based on the illustrated prior art, it is an object of the invention to regulate the operation of the steam cracker so that the recoverable global contribution margin is raised.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs angeführten Art eine der zur Optimierung des Deckungsbeitrags variierten Stellgrößen ein Ofenparameter des Ofens ist, d.h. es wird zumindest ein Ofenparameter zur Maximierung des Deckungsbeitrags variiert und als Ergebnis der Maximierung direkt ermittelt. Dementsprechend wird die Aufgabe erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass bei einem Regelungssystem der eingangs angeführten Art eine der durch Optimierung des Deckungsbeitrags ermittelten Stellgrößen ein Ofenparameter eines Ofens des Steamcrackers ist.This object is achieved in that at a method of the type mentioned above one of the manipulated variables varied to optimize the contribution margin is a furnace parameter of the furnace, ie at least one furnace parameter is varied to maximize the contribution margin and determined directly as a result of the maximization. Accordingly, the object according to the invention is also achieved in that in a control system of the kind set forth, one of the manipulated variables determined by optimizing the contribution margin is a furnace parameter of a furnace of the steam cracker.

Dabei entsprechen die variierte(n) Stellgröße(n) den Freiheitsgraden der Optimierung bzw. den Parametern/Variablen der optimierten Zielfunktion, d.h. des Deckungsbeitrags. Dementsprechend integriert das nichtlineare Modell ein Modell des Ofens, welches zumindest den variierten Ofenparameter berücksichtigt. Zur Ermittlung des Deckungsbeitrags werden zumindest zwei Komponenten, vorzugsweise zumindest drei Komponenten, der voraussichtlichen Zusammensetzung des Produktstroms berücksichtigt (d.h. der optimierte Deckungsbeitrag ist von diesen Komponenten abhängig). Dabei kann jedem Produkt ein Gewichtungsfaktor, z.B. entsprechend einem zugeordneten Produkterlös, zugeordnet sein und es können in Abhängigkeit von einer Einsatzzusammensetzung und den Gewichtungsfaktoren der auf Basis der Einsatzzusammensetzung erzielbaren Produkte und Produktmengen in einem Schritt mehrere Freiheitsgrade des Steamcrackers zur Maximierung des globalen Deckungsbeitrags variiert und gegebenenfalls als Ergebnis der Maximierung ausgegeben werden. Dementsprechend ist es günstig, wenn im Deckungsbeitrag zumindest die Komponenten mit den größten Gewichtungsfaktoren berücksichtigt sind, wobei das Potential der Optimierung am größten ist, wenn eine im Wesentlichen vollständige Zusammensetzung des Produktstroms in den Deckungsbeitrag eingeht. Es ist daher vorteilhaft, wenn das nichtlineare Modell geeignet ist, eine im Wesentlichen vollständige Zusammensetzung des Produktstroms vorherzubestimmen. Die Maximierung der, vorzugsweise globalen, Zielfunktion liefert - im Rahmen der variierten Freiheitsgrade - die effizienteste und einer aktuellen Nachfrage am besten entsprechende Betriebskonfiguration des Steamcrackers. Dadurch kann auch ohne Steigerung der Gesamtproduktion eine Steigerung der Ausbeute bzw. des Deckungsbeitrags erzielt werden. Nachdem in den Deckungsbeitrag auch Einsatz-, Energie- und sonstige Betriebskosten eingehen, erzielt das erfindungsgemäße Verfahren bei gleichbleibendem Deckungsbeitrag eine Einsatz- und Energieminimierung. Da der zumindest eine Ofenparameter als unmittelbarer Freiheitsgrad zur Optimierung bzw. Maximierung des Deckungsbeitrags eingesetzt wird, ist die Verwendung eines entsprechend detaillierten Prozessmodells nützlich, welches jeden einzelnen Ofen modelliert und somit auch Rückschlüsse auf die Spaltgasausbeute bzw. den Deckungsbeitrag pro Ofen erlaubt.The varied manipulated variables (n) correspond to the degrees of freedom of the optimization or the parameters / variables of the optimized objective function, ie the contribution margin. Accordingly, the non-linear model integrates a model of the furnace, which takes into account at least the varied furnace parameters. To determine the contribution margin, at least two components, preferably at least three components, of the anticipated composition of the product stream are taken into account (ie the optimized contribution margin depends on these components). In this case, each product can be assigned a weighting factor, for example corresponding to an assigned product revenue, and depending on a feed composition and the weighting factors of the products and product quantities obtainable on the basis of the feed composition, several degrees of freedom of the steam cracker can be varied in one step to maximize the global contribution margin and optionally as a result of maximizing. Accordingly, it is favorable if at least the components with the largest weighting factors are taken into account in the contribution margin, wherein the potential of the optimization is greatest when a substantially complete composition of the product flow is included in the contribution margin. It is therefore advantageous if the non-linear model is capable of predicting a substantially complete composition of the product stream. The maximization of the, preferably global, target function provides - within the varied degrees of freedom - the most efficient and a current demand best suited operating configuration of the steam cracker. Thereby It is also possible to increase the yield or the contribution margin without increasing the overall production. After input, energy and other operating costs have been included in the contribution margin, the method according to the invention achieves an application and energy minimization with a constant contribution margin. Since the at least one furnace parameter is used as an immediate degree of freedom for optimizing or maximizing the contribution margin, the use of a correspondingly detailed process model is useful, which models each individual furnace and thus also allows conclusions to be drawn about the fission gas yield or the contribution margin per furnace.

Um Wechselwirkungen zwischen mehreren Öfen, insbesondere hinsichtlich gemeinschaftlich genutzter Prozessressourcen (Einsätze, Betriebskosten, etc.) bei der Optimierung des globalen Deckungsbeitrags berücksichtigen zu können, ist es vorteilhaft, wenn nur eine einzige, globale Zielfunktion, die den Deckungsbeitrag des gesamten Systems widerspiegelt und in die alle für die Optimierung des Deckungsbeitrags verwendeten Freiheitsgrade inklusive aller verwendeter Ofenparameter eingehen, verwendet und optimiert wird. Auf diese Weise können die Freiheitsgrade nicht nur in Hinblick auf die Einhaltung bestimmter Randbedingungen und Limits oder zur Optimierung anderer Zielfunktionen variiert werden, sondern es kann eine Maximierung des Deckungsbeitrags des gesamten Systems erzielt werden.In order to be able to take into account interactions between several ovens, in particular with regard to shared process resources (operations, operating costs, etc.) in optimizing the global contribution margin, it is advantageous if only a single, global target function, which reflects the contribution margin of the entire system, and in All of the degrees of freedom used for optimizing the contribution margin, including all used furnace parameters, are received, used and optimized. In this way, the degrees of freedom can not only be varied with regard to the observance of certain boundary conditions and limits or for the optimization of other objective functions, but a maximization of the contribution margin of the entire system can be achieved.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die zur Optimierung der Zielfunktion variierten Stellgrößen bei zwei oder mehr Öfen pro Ofen zumindest einen Ofenparameter umfassen, wobei der Deckungsbeitrag vorzugsweise global für den gesamten Steamcracker, in Abhängigkeit von der Einsatzzusammensetzung des bzw. der mit den Öfen jeweils verbundenen Einsatzes bzw. Einsätze, optimiert wird. Bei mehreren Öfen können bei der Optimierung die Ofenparameter eines Ofens in Abhängigkeit von den Ofenparametern eines anderen Ofens variiert werden, da die Ofenparameter der beiden Öfen im Allgemeinen über die globale Zielfunktion des Deckungsbeitrags sowie etwaige abhängige oder globale Randbedingungen oder Limitierungen zusammenhängen.Furthermore, it is advantageous if the manipulated variables, which are varied to optimize the objective function, comprise at least one furnace parameter for two or more ovens per oven, the contribution margin preferably being global for the entire steam cracker, depending on the feed composition of the insert or feeds respectively associated with the ovens or inserts, is optimized. In the case of multiple furnaces, the furnace parameters of one furnace can be varied depending on the furnace parameters of another furnace, since the furnace parameters of the two furnaces are generally related by the global objective function of the contribution margin as well as any dependent or global boundary conditions or limitations.

Mit dem zu den variierten Freiheitsgraden gehörenden Ofenparameter ist ein Ofenparameter gemäß der eingangs angeführten Definition gemeint. Im Speziellen können die zur Optimierung der Zielfunktion variierten Stellgrößen vorzugsweise eine Auslasstemperatur (Coil Outlet Temperatuire, COT), eine Prozessdampfmenge, ein Dampf zu Kohlenwasserstoff Verhältnis (D/KW) und/oder eine Einsatzmenge des zumindest einen Ofens, sowie zusätzlich oder alternativ einen Saugdruck eines dem Ofen zugeordneten Spaltgasverdichters (Coil Outlet Pressure, COP), oder aus den genannten unmittelbar abgeleitete Größen umfassen.The oven parameter associated with the varied degrees of freedom refers to a furnace parameter according to the definition given at the outset. Specifically, the manipulated variables that are varied to optimize the target function may preferably have an outlet temperature (COT), a process steam quantity, a steam to hydrocarbon ratio (D / KW) and / or an amount used of the at least one furnace, and additionally or alternatively a suction pressure of a fissile gas compressor associated with the furnace (Coil Outlet Pressure, COP), or from the aforementioned directly derived variables.

Um Störungen rasch ausweichen zu können und etwaige Ungenauigkeiten des verwendeten Modells auf einfache Weise zu kompensieren, ist es günstig, wenn der zumindest eine Ofen entsprechend dem zumindest einen, aus der Optimierung ermittelten Ofenparameter geregelt wird. Dies kann beispielsweise durch einen lokalen Solver, welchem die aus der Optimierung resultierenden Ofenparameter als Führungsgrößen übergeben werden, geschehen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn bei dem Regelungssystem der globale nichtlineare Regler mit jeweils einem Ofen zugeordneten lokalen Regler zur Regelung der Ofenparameter verbunden und eingerichtet ist, den lokalen Reglern jeweils Führungsgrößen für zumindest eine, vorzugsweise sämtliche, der von ihnen geregelten Stellgrößen zu übermitteln.In order to dodge disturbances quickly and to compensate for any inaccuracies of the model used in a simple manner, it is advantageous if the at least one furnace is controlled in accordance with the at least one furnace parameter determined from the optimization. This can be done, for example, by a local solver, to which the furnace parameters resulting from the optimization are transferred as reference variables. Accordingly, it is advantageous if in the control system the global nonlinear controller is connected to a local controller associated with a furnace for controlling the furnace parameters and adapted to transmit to the local controllers respective reference variables for at least one, preferably all, of the controlled variables regulated by them.

Wenn bei der Optimierung der Stellgrößen eine zeitliche Entwicklung der erwarteten Produktmengen berücksichtigt wird, wobei insbesondere neben einer optimalen Betriebskonfiguration eine optimale zeitliche Entwicklung der Stellgrößen ermittelt wird und der zumindest eine Ofen entsprechend der optimalen zeitlichen Entwicklung des Ofenparameters geregelt wird, können Limitierungen des Ofens so umgangen werden, dass auch während einer Zustandsänderung des Ofens der Deckungsbeitrag maximiert wird, d.h. es kann der wirtschaftlich effizienteste Weg zur Umgehung einer Limitierung bzw. zur Einhaltung einer Randbedingung gefunden und realisiert werden. Die optimale zeitliche Entwicklung entspricht dabei einem dynamischen Ziel der Optimierung, im Vergleich zu den üblichen stationären Zielen, die lediglich die zu erreichende optimale Betriebskonfiguration angeben. Mit anderen Worten wird nicht nur die Stellgröße selbst sondern auch die Zeit bzw. der zeitliche Verlauf der Stellgröße als Freiheitsgrad der Optimierung verwendet, um den zeitlich integrierten Deckungsbeitrag zu maximieren.If, in the optimization of the manipulated variables, a temporal development of the expected product quantities is taken into account, wherein in addition to an optimal operating configuration an optimal temporal development of the manipulated variables is determined and the at least one furnace is regulated according to the optimal temporal evolution of the furnace parameter, limitations of the furnace can thus be avoided be that even during a change in state of the furnace, the contribution margin is maximized, ie it can be the economically most efficient way to circumvent a limitation or to comply with a constraint found and realized. The optimal temporal evolution corresponds to a dynamic goal of the optimization, compared to the usual stationary goals, which only the optimal to be achieved Specify operating configuration. In other words, not only the manipulated variable itself but also the time or the temporal course of the manipulated variable is used as the degree of freedom of the optimization in order to maximize the temporally integrated contribution margin.

Des Weiteren ist es günstig, sowohl die Einsatzmenge des Ofens sowie - im Fall von mehreren Einsatzströmen - die Einsatzmengen bzw. Einsatzströme im den Öfen vorgeordneten Einsatzsystem zur Optimierung des Deckungsbeitrags festzulegen. Zu diesem Zweck können, wenn mindestens zwei Einsatzströme zur Beschickung mit dem zumindest einen Ofen verbunden sind, wobei dem Ofen ein Beschickungsanteil für jeden Einsatzstrom zugeordnet ist, die zur Optimierung der Zielfunktion variierten Stellgrößen die Beschickungsanteile umfassen. Ein Vorteil hierbei liegt darin begründet, dass sich bei einem Gleichgewichtsprozess die größten Umsatzraten ergeben, wenn die Reaktionspartner im stöchiometrischen Verhältnis vorliegen, was somit bei der Optimierung berücksichtigt werden kann. Zusätzlich können durch gezielte Konzentrationsverschiebungen einige Produkt-Ausbeuten verschoben werden, was ebenfalls bei der Optimierung unter Verwendung der jeweiligen Produkterlöse berücksichtigt werden kann.Furthermore, it is favorable to determine both the amount of use of the furnace and, in the case of multiple feed streams, the quantities or feed streams in the feed system upstream of the furnaces in order to optimize the contribution margin. For this purpose, when at least two feedstreams are connected to the feed to the at least one furnace, wherein the furnace is assigned a feed fraction for each feedstream, the feedstocks are varied to optimize the target function. One advantage of this is that in an equilibrium process, the highest conversion rates result when the reactants are present in the stoichiometric ratio, which can thus be taken into account in the optimization. In addition, some product yields can be shifted by targeted concentration shifts, which can also be taken into account in the optimization using the respective product revenues.

Darüber hinaus hat es sich als günstig herausgestellt, wenn zumindest ein Einsatz zur Aufnahme eines recycelbaren Produkts eingerichtet ist, wobei die Einsatzzusammensetzung dieses Einsatzes von einer Menge des recycelbaren Produkts und einem dem Produkt zugeordneten Recyclinganteil abhängt, welcher Recyclinganteil eine zur Optimierung der Zielfunktion variierte Stellgröße ist. D.h. es wird für das oder die recyclebaren Produkte ein Optimum zwischen Produzieren und Verwendung als Ofeneinsatz gefunden. Durch eine solche rekursive Berücksichtigung der Spaltgasausbeute bzw. der recycelbaren Produkte können scheinbar wertlose oder niedrig bewertete Produkte, welche jedoch über den Weg der Wiederverwertung zu wertvollen Produkten führen, in geeigneter Weise aufgewertet und deren Produktion entsprechend forciert werden. Recyclebare Produkte können insbesondere Ethan, aber auch Kohlenwasserstoffe mit drei oder vier Kohlenstoff-Gliedern sein. D.h. auch wenn prinzipiell auch langkettige Kohlenwasserstoffe recycelt werden können, ist der Nutzen bei den leichteren Kohlenwasserstoffen am größten.Moreover, it has been found to be advantageous if at least one insert is set up to receive a recyclable product, the starting composition of this use being dependent on an amount of the recyclable product and a recycled portion associated with the product, which recycled portion is a variable manipulated to optimize the objective function , That is, it is found for the or the recyclable products an optimum between production and use as a furnace insert. By such a recursive consideration of the fission gas yield or the recyclable products, seemingly worthless or low-rated products, which, however, lead to valuable products by way of recycling, can be suitably upgraded and their production can be correspondingly accelerated. Recyclable products are especially ethane, but also hydrocarbons be with three or four carbon members. This means that even if in principle long-chain hydrocarbons can be recycled, the benefit for the lighter hydrocarbons is greatest.

Damit eine stationäre Lösung des Optimierungsproblems existiert und um diese rasch finden zu können, ist es günstig, wenn das zur Optimierung des Deckungsbeitrags verwendete nichtlineare Modell nur einen schnellen Teil des Steamcrackers beschreibt. Der schnelle Teil des Steamcrackers umfasst im Wesentlichen nur die Einsätze und Öfen bis hin zum etwaigen Recycling eines oder mehrerer Spaltgase und andernfalls deren Zusammenführung. Die detaillierte rigorose (First principal based) Modellierung der Aufarbeitung der gesammelten Spaltgase in einem warmen und kalten Teil des Steamcrackers wird aus Zeit- und Stabilitätsgründen nicht durchgeführt. Vereinfachte Modelle sind ausreichend, um z.B. zukünftige Limitierungen zu erkennen und entsprechend zu reagieren.For a stationary solution of the optimization problem exists and to be able to find this quickly, it is advantageous if the nonlinear model used to optimize the contribution margin describes only a fast part of the steam cracker. Essentially, the fast part of the steam cracker covers only the stacks and furnaces, eventually recycling one or more fission gases and otherwise combining them. The detailed rigorous (first principal based) modeling of the processing of the collected fission gases in a hot and cold part of the steam cracker is not carried out for reasons of time and stability. Simplified models are sufficient, e.g. recognize future limitations and react accordingly.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die erzielten Zusammensetzung des Produktstroms gemessen und mit der erwarteten Zusammensetzung verglichen wird und das nichtlineare Modell auf Basis von festgestellten Abweichungen automatisch korrigiert wird. Auf diese Weise können systematische Messfehler und Modellfehler eliminiert und die Vorhersagbarkeit des Deckungsbeitrags und somit dessen Optimierung verbessert werden.In this context, it is advantageous if the achieved composition of the product stream is measured and compared with the expected composition and the non-linear model is corrected automatically on the basis of detected deviations. In this way, systematic measurement errors and model errors can be eliminated and the predictability of the contribution margin and thus its optimization can be improved.

Für die Praxis hat es sich außerdem als günstig herausgestellt, wenn zwischen limitierten Stellgrößen, bei denen eine Änderung einen manuellen Eingriff erfordert, und unlimitierten Stellgrößen, bei denen eine Änderung keinen manuellen Eingriff erfordert, unterschieden wird, und eine Änderung einer limitierten Stellgröße nur dann vorgenommen wird, wenn die dadurch erzielbare Änderung des Deckungsbeitrags einen festgelegten Grenzwert übersteigt. Auf diese Weise kann der mit einem manuellen Eingriff verbundene Arbeitsaufwand bei der Optimierung des Deckungsbeitrags berücksichtigt werden und es werden - bei geeignet gewählten Grenzwerten - in kurzen Abständen wiederholte manuelle Eingriffe aufgrund von geringfügigen Schwankungen, z.B. in der Einsatzzusammensetzung, vermieden. Dadurch wird auch die Akzeptanz in Hinblick auf die vorgeschlagenen manuellen Eingriffe erhöht, was für eine konsequente Umsetzung der Zielvorgaben vorteilhaft ist. Zur Ermittlung der erzielbaren Änderung des Deckungsbeitrags wird einerseits eine optimale Lösung ohne manuelle Änderungen, d.h. wobei jene Stellgrößen, deren Änderung einen manuellen Eingriff erfordern, festgehalten werden, und andererseits eine optimale Lösung mit manuellen Änderungen berechnet. Der Unterschied zwischen den jeweils erzielten Deckungsbeiträgen entspricht der erzielbaren Änderung.In practice, it has also proven to be favorable if a distinction between limited manipulated variables, where a change requires manual intervention, and unlimited manipulated variables, where a change does not require manual intervention, and made a change in a limited manipulated variable only if the resulting change in the contribution margin exceeds a specified threshold. In this way, the amount of work involved in manual intervention can be taken into account in optimizing the contribution margin and, with suitably selected limits, repeated manual interventions due to minor fluctuations, eg in the feed composition avoided. This also increases the acceptance with regard to the proposed manual interventions, which is advantageous for a consistent implementation of the targets. To determine the achievable change in the contribution margin, on the one hand, an optimal solution without manual changes, ie with those manipulated variables whose change requires manual intervention, be recorded, and on the other hand calculates an optimal solution with manual changes. The difference between the respective contribution margins corresponds to the achievable change.

In diesem Zusammenhang ist es besonders wünschenswert, dass bei der Ermittlung der erzielbaren Änderung auch geplante Wartungs- und/oder Reinigungsintervalle, beispielsweise des Ofens, berücksichtigt werden. Insbesondere können in diesem Fall aufwendige manuelle Eingriffe kurz vor einer Ruhigstellung des Ofens, z.B. aufgrund einer notwendigen Wartung, vermieden werden.In this context, it is particularly desirable that when determining the achievable change and planned maintenance and / or cleaning intervals, such as the furnace, are taken into account. In particular, in this case, extensive manual intervention may be made shortly before the oven is immobilized, e.g. due to a necessary maintenance, to be avoided.

Wenn die Stellgrößen regelmäßig an geänderte Einsatzzusammensetzungen und Gewichtungsfaktoren angepasst werden, wobei ein Anpassungszyklus vorzugsweise alle 10 Minuten oder häufiger wiederholt wird, kann auch auf Änderungen von außen, wie etwa in der Nachfrage nach bestimmten Produkten oder bei den Preisen verwendeter Einsätze, unter Umständen auch kurzfristig in geeigneter Weise reagiert werden. Dementsprechend wird zur Anpassung der Stellgrößen die Optimierung der Zielfunktion regelmäßig wiederholt und die Regelung des Betriebs des Steamcrackers an die aus der letzten Optimierung gewonnenen Ergebnisse angepasst.When the manipulated variables are regularly adjusted to changed feed compositions and weighting factors, with an adjustment cycle preferably being repeated every 10 minutes or more, external changes, such as the demand for particular products or the prices of bets used, may also be short-term be reacted appropriately. Accordingly, in order to adapt the manipulated variables, the optimization of the objective function is regularly repeated and the regulation of the operation of the steam cracker is adapted to the results obtained from the last optimization.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen dabei im Einzelnen:

Fig. 1 einen vereinfachten schematischen Überblick über den Aufbau eines Steamcrackers; und
Fig. 2 schematisch die Struktur des erfindungsgemäßen Regelungssystems.

The invention will be explained below with reference to particularly preferred embodiments, to which it should not be limited, and with reference to the drawings. The drawings show in detail:

Fig. 1 a simplified schematic overview of the structure of a steam cracker; and
Fig. 2 schematically the structure of the control system according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Steamcracker 1 mit einem Einsatzsystem 2, einem heißen Teil 3, einem warmen Teil 4 und einem kalten Teil 5 schematisch dargestellt. Das Einsatzsystem 2 umfasst beispielsweise vier Einsätze 6, die die zu verarbeitenden Edukte, d.h. längerkettige Kohlenwasserstoffe (z.B. Naphtha, Propan, Butan, Ethan, etc.), im Folgenden auch "Feed" genannt, enthalten. Die Einsätze 6 sind jeweils mit einem oder mehreren Öfen 7 im heißen Teil 3 des Steamcrackers 1 verbunden, wo die Edukte durch thermisches Cracken in die Produkte, nämlich kurzkettige Kohlenwasserstoffe (z.B. Methan, Ethylen, Propylen, etc.), verarbeitet werden. Die Zuteilung der Einsätze 6 mit den enthaltenen Edukten zu den Öfen 7 erfolgt im Einsatzsystem 2 durch entsprechende Zuleitungen 8 und Ventile 9.In Fig. 1 is a steam cracker 1 with an insert system 2, a hot part 3, a warm part 4 and a cold part 5 shown schematically. The insert system 2 comprises, for example, four inserts 6, which contain the educts to be processed, ie longer-chain hydrocarbons (eg naphtha, propane, butane, ethane, etc.), also referred to below as "feed". The inserts 6 are each connected to one or more furnaces 7 in the hot part 3 of the steam cracker 1, where the starting materials are processed by thermal cracking in the products, namely short-chain hydrocarbons (eg methane, ethylene, propylene, etc.). The allocation of the inserts 6 with the educts contained to the furnaces 7 takes place in the insert system 2 by means of corresponding supply lines 8 and valves 9.

Die Öfen 7, in denen das eigentliche Cracken stattfindet, sind meist Rohrreaktoren, wobei das Design jedes Ofens unterschiedlich, insbesondere an verschiedene Feeds bzw. deren Eigenschaften, angepasst sein kann. Dementsprechend eignen sich die Öfen 7 jeweils beispielsweise eher zur Verarbeitung von Gas, Naphtha oder schwereren Feeds. In den Öfen 7 wird ein heißer Prozessdampf zugegeben, welcher eine Partialdruckerniedrigung der Reaktionsteilnehmer herbeiführt und eine Aneinanderlagerung der Reaktionsprodukte teilweise verhindert. Die zentralen Betriebsparameter der einzelnen Öfen 7 sind somit einerseits die jeweilige Temperatur, welche meist mit der Coil Outlet Temperature (COT) am Auslass des Ofens angegeben wird, sowie die Menge an jeweils zugegebenem Prozessdampf, welche meist relativ zur Menge der Kohlenwasserstoffe als Verhältnis Prozessdampf zu Kohlenwasserstoffe (D/KW) angegeben wird. Außerdem wird die im Ofen ablaufende Reaktion naturgemäß durch die Zusammensetzung des Feeds bestimmt, so dass die auf den jeweiligen Ofen bezogenen Einstellungen im Einsatzsystem, d.h. insbesondere die Einsatzzuteilungen an den jeweiligen Ofen, ebenfalls zu den zentralen Betriebsparametern des Ofens (auch "Ofenparameter") gezählt werden können. Weiters hat auch der Gasdruck am Auslass des Ofens (Coil Outlet Pressure, COP) einen Einfluss auf die Reaktion im Ofen und zählt daher zu den Ofenparametern. Der COP kann beispielsweise von einem dem Ofen nachgeordneten Spaltgasverdichter (nicht gezeigt; Teil des warmen Teils 4) festgelegt werden und entspricht dem vom Spaltgasverdichter produzierten, einstellbaren Saugdruck. Da der Spaltgasverdichter selbst bereits zum warmen Teil zählt, entspricht der COP dem Druck am Einlass des warmen Teils.The furnaces 7, in which the actual cracking takes place, are usually tubular reactors, wherein the design of each furnace can be adapted differently, in particular to different feeds or their properties. Accordingly, the ovens 7 are each more suitable for processing gas, naphtha or heavier feeds, for example. In the furnaces 7, a hot process steam is added, which brings about a partial pressure reduction of the reactants and partially prevents an accumulation of the reaction products. The central operating parameters of the individual furnaces 7 are thus on the one hand the respective temperature, which is usually indicated by the coil outlet temperature (COT) at the outlet of the furnace, and the amount of each added process steam, which is usually relative to the amount of hydrocarbons as a ratio of process steam Hydrocarbons (D / KW) is specified. In addition, the reaction taking place in the oven is naturally determined by the composition of the feed, so that the settings relating to the respective furnace in the feed system, ie in particular the input allocations to the respective furnace, are also counted among the central operating parameters of the furnace (also referred to as "furnace parameters") can be. Furthermore, the gas pressure at the outlet of the furnace (Coil Outlet Pressure, COP) has an influence on the Reaction in the oven and therefore counts among the oven parameters. The COP may be defined, for example, by a cracked gas compressor (not shown, part of the warm part 4) downstream of the furnace and corresponds to the adjustable suction pressure produced by the split gas compressor. Since the slit gas compressor itself already belongs to the warm part, the COP corresponds to the pressure at the inlet of the warm part.

Das von den Öfen 7 produzierte und gegebenenfalls verdichtete Spaltgas wird an einem Ausgang des heißen Teils 3 gesammelt und zur Aufarbeitung in den warmen Teil 4 übergeführt. Wenn, wie in Fig. 1, das Spaltgas von allen Öfen 7 in einem gemeinsamen Weg gesammelt wird, wird der Gasdruck am Einlass des warmen Teils 4 durch einen daran angeschlossenen Spaltgasverdichter bzw. eine Gruppe von daran angeschlossenen Spaltgasverdichtern - in der Regel über deren Drehzahl - festgelegt, wobei die Einstellung des bzw. der Spaltgasverdichter(s) einen Anlagenparameter darstellt. Selbstverständlich kann aber auch ein Teil der Öfen mit einem Spaltgasverdichter und ein anderer Teil der Öfen mit einem anderen Spaltgasverdichter verbunden sein, so dass entsprechende parallele Wege zum warmen Teil 4 führen. Am Ausgang des kalten Teils 5 fallen die abgekühlten und aufgetrennten Produkte aus den Spaltgasen ab. Der Druckverlauf zwischen dem Saugdruck des bzw. der Spaltgasverdichter und dem Prozessende des kalten Teils 5 kann durch ein Regelventil am Ende des kalten Teils 5 einstellbar sein (das Regelventil ist Teil des kalten Teils 5). Ein Teil der Produkte am Ausgang des kalten Teils 5 kann zur Wiederverwertung vorgesehen sein, wobei diese recyclebaren Produkte über eine Rückführung 12 beispielsweise in einen der Einsätze 6 oder in jeweils verschiedene Einsätze 6 eingebracht werden können. Die übrigen Produkte, d.h. die nicht wiederverwerteten Produkte, bilden die Ausbeute des Steamcrackers.The produced by the furnaces 7 and optionally compressed fission gas is collected at an exit of the hot part 3 and transferred to the work-up in the warm part 4. If, as in Fig. 1 , the cracked gas is collected from all ovens 7 in a common way, the gas pressure at the inlet of the warm part 4 by a gap gas compressor connected thereto or a group of connected gap gas compressors - usually on their speed - set, the setting of or the slit gas compressor (s) represents a system parameter. Of course, however, a part of the furnaces with a slit gas compressor and another part of the ovens may be connected to another slit gas compressor, so that corresponding parallel paths lead to the warm part 4. At the exit of the cold part 5, the cooled and separated products fall from the cleavage gases. The pressure curve between the suction pressure of the gap gas compressor and the process end of the cold part 5 can be adjustable by a control valve at the end of the cold part 5 (the control valve is part of the cold part 5). A part of the products at the outlet of the cold part 5 may be provided for recycling, these recyclable products can be introduced via a return 12, for example in one of the inserts 6 or in each case different inserts 6. The other products, ie the non-recycled products, make up the yield of the steam cracker.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Regelungssystems 13 mit einem globalen Regler 14 (auch als "Real Time Optimizer", RTO bezeichnet) entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der globale Regler 14 berechnet anhand einer Optimierung des globalen Deckungsbeitrags Vorgaben für die lokalen Regler 15 (welcher auch als "Direct Matrix Controller", DMC bezeichnet wird), welche jeweils einem Ofen 7 zugeordnete, vorzugsweise lineare Regler sind. Die vom globalen Regler 14 an die lokalen Regler 15 übermittelten Vorgaben entsprechen dabei direkt den von den lokalen Reglern 15 geregelten Ofenparametern, z.B. der jeweiligen COT, dem D/KW, dem COP und/oder den Einsatzzuteilungen bzw. der Einsatzmenge. Demzufolge werden bevorzugt alle Freiheitsgrade des lokalen Reglers durch die Vorgaben des globalen Reglers festgelegt. Dies ist durch die übereinstimmende Summe an Verbindungspfeilen 16, 17 zwischen dem globalen Regler 14 und den lokalen Reglern einerseits, und den lokalen Reglern 15 und den Öfen 7 andererseits, dargestellt. Die vom globalen Regler 14 ermittelten Ofenparameter bestimmen den Betriebspunkt, insoweit als dieser durch den lokalen Regler 15 geregelt wird, vollständig. Die Verwendung eines lokalen Reglers 15, welcher faktisch bezüglich der Optimierung des Deckungsbeitrags keinen Freiheitsgrad hat, ermöglicht eine Stabilisierung des vorgegebenen Betriebspunkts und eine rasche Reaktion auf etwaige Störungen, z.B. innerhalb einer Minute. Fig. 2 schematically shows the structure of a control system 13 with a global controller 14 (also referred to as "Real Time Optimizer", RTO) according to the inventive method. The global controller 14 calculates the local controller 15 on the basis of an optimization of the global contribution margin (which is also referred to as "direct matrix controller", DMC), which are each a furnace 7 associated, preferably linear controller. The instructions transmitted by the global controller 14 to the local controllers 15 correspond directly to the oven parameters regulated by the local controllers 15, eg the respective COT, the D / KW, the COP and / or the allocation of use or the quantity used. As a result, all the degrees of freedom of the local controller are preferably determined by the specifications of the global controller. This is illustrated by the matching sum of connection arrows 16, 17 between the global controller 14 and the local controllers on the one hand, and the local controllers 15 and the ovens 7 on the other. The oven parameters determined by the global controller 14 determine the operating point as far as it is controlled by the local controller 15 completely. The use of a local regulator 15, which in fact has no degree of freedom with respect to the optimization of the contribution margin, enables a stabilization of the predetermined operating point and a rapid response to any disturbances, eg within one minute.

Ein Teil der vom globalen Regler 14 optimierten Freiheitsgrade ist demzufolge direkt proportional zur Anzahl der Öfen 7 bzw. zur Anzahl der lokalen Regler 15. Darüber hinaus werden vom globalen Regler 14 auch globale Anlagenparameter sowie gegebenenfalls die Recyclinganteile recyclebarer Produkte optimiert. Im Idealfall werden alle Ofenparameter aller Öfen und alle Steuergrößen des Einsatz- sowie des Recyclingsystems als Freiheitsgrade zur Optimierung des globalen Deckungsbeitrags verwendet. Die Zielfunktion des globalen Reglers 14 ist der globale Deckungsbeitrag des Steamcrackers, wobei neben dem Produkterlös und den Einsatzkosten auch Energiekosten, Betriebskosten, Kosten für manuelle Eingriffe sowie Wartungsintervalle der Öfen oder anderer Anlagenteile und nicht zuletzt die Vorgaben etwaiger übergeordneter Regler 18, 19 berücksichtigt werden. Um die Zykluszeit des globalen Reglers 14 trotz der großen Anzahl an Freiheitsgraden klein zu halten, optimiert dieser im Wesentlichen nur anhand eines nichtlinearen Modells eines schnellen Teils des Steamcrackers, welcher im Wesentlichen die Gas verarbeitenden Anlagenteile sowie das Feed-System, d.h. den heißen Teil des Steamcrackers sowie das Einsatzsystem samt Rückführungen bzw. Recyclingsystem, umfasst. Für diesen Teil der Anlage ist eine effiziente mathematische Beschreibung möglich (unter anderem, weil dieser Teil immer nahe an einem stationären Zustand operiert), so dass eine Zykluszeit im Bereich von weniger als 10 Minuten eingehalten werden kann. Demgegenüber ist die Zykluszeit der übergeordneten Regler 18, 19 prozessbedingt wesentlich größer und liegt beispielsweise im Bereich einer oder mehrerer Stunden. Aufgrund der kurzen Zykluszeit des globalen Reglers 14 ein Feedback aus dem realen Prozess zeitgerecht zur Korrektur des Modells bzw. etwaiger systematischer Messfehler verwendet werden, was die Vorhersagegüte und somit das erreichte Optimum, d.h. die erzielbare Deckungsbeitragssteigerung, deutlich verbessert.Part of the degrees of freedom optimized by the global controller 14 is thus directly proportional to the number of furnaces 7 or to the number of local controllers 15. In addition, the global controller 14 also optimizes global system parameters and possibly the recycling rates of recyclable products. Ideally, all oven parameters of all ovens and all control variables of the feed and recycling systems are used as degrees of freedom for optimizing the global contribution margin. The objective function of the global controller 14 is the global contribution margin of the steam cracker, taking into account not only the product revenue and the deployment costs but also energy costs, operating costs, costs for manual intervention and maintenance intervals of the furnaces or other plant components and last but not least the specifications of any higher-order controllers 18, 19. In order to keep the cycle time of the global regulator 14 small, despite the large number of degrees of freedom, it essentially only optimizes by means of a non-linear model of a fast part of the steam cracker, which essentially comprises the gas-processing plant parts and the feed system, ie the hot part of the steam cracker and the feed system including recirculation or recycling system. For this part of the plant, an efficient mathematical description is possible (among other things because this part always operates close to a stationary state), so that a cycle time in the range of less than 10 minutes can be maintained. In contrast, the cycle time of the higher-level controller 18, 19 process-related much larger and is for example in the range of one or more hours. Due to the short cycle time of the global controller 14, feedback from the real process can be used in a timely manner to correct the model or any systematic measurement errors, which significantly improves the predictive quality and thus the optimum achieved, ie the increase in the contribution margin that can be achieved.

Claims

A method of controlling the operation of a steam cracker (1) having at least one furnace (7) and at least one insert (6) connected to the at least one furnace (7) for charging, based on a non-linear model of the steam cracker (1) and a given feed composition, a contribution margin dependent on a prospective composition of a product stream leaving the furnace (7) is optimized by varying one or more manipulated variables of the steam cracker (1), characterized in that one of the manipulated variables varied to optimize the contribution margin Furnace parameter of the furnace (7) is.

A method according to claim 1, characterized in that the varied manipulated variables in two or more furnaces (7) per furnace comprise at least one furnace parameter, the contribution margin preferably global for the entire steam cracker (1), depending on the feed composition of or with the ovens (7) each associated use or inserts (6) is optimized.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the control variables varied to optimize the contribution margin an outlet temperature (Coil Outlet Temperature, COT), a process steam quantity, a steam to hydrocarbon ratio (D / KW) and / or an input quantity of the at least one furnace (7), and additionally or alternatively comprise a suction pressure of a gap gas compressor associated with the furnace (7), or from the directly derived quantities mentioned.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one furnace (7) is controlled according to the determined from the optimization furnace parameters.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the optimization of the manipulated variables, a temporal evolution of the anticipated product quantities is taken into account, in particular, in addition to an optimal operating configuration, an optimal temporal evolution of the manipulated variables is determined and the at least one furnace (7) is controlled according to an optimal temporal evolution of the furnace parameter.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two feed streams for charging with the at least one furnace (7) are connected, wherein the furnace (7) is assigned a feed rate for each feed stream, which varied to optimize the contribution margin Control variables include the feed rates.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one insert (6) is adapted to receive a recyclable product, wherein the feed composition of this insert (6) depends on an amount of the recyclable product and a recycled portion associated with the product, which Recycled content is a variable manipulated to optimize the contribution margin.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nonlinear model used to optimize the contribution margin only describes a fast part of the steam cracker.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the achieved composition of the product stream is measured and compared with the expected composition and the non-linear model is corrected automatically on the basis of detected deviations.

Method according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a distinction is made in the optimization between limited manipulated variables in which a change requires manual intervention and unlimited manipulated variables in which a change does not require manual intervention, and a change in a limited one Manipulated variables is only made if the achievable change of the Contribution margin exceeds a specified limit.

A method according to claim 10, characterized in that in the determination of the achievable change and planned maintenance and / or cleaning intervals, such as the furnace (7), are taken into account.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the manipulated variables are regularly adapted to changed feed compositions and weighting factors, wherein an adjustment cycle is preferably repeated every 10 minutes or more frequently.

A control system (13) for controlling the operation of a steam cracker (1) according to the method of any one of claims 1 to 12, comprising a global nonlinear controller (14) arranged to adjust one or more manipulated variables of the steam cracker (1) by optimizing one of Calculating a composition of a product flow dependent contribution margin, characterized in that one of the determined by optimizing the contribution margin control variables is a furnace parameter of a furnace (7) of the steam cracker (1).

Control system (13) according to claim 13, characterized in that the global nonlinear controller (14) is connected to each oven (7) associated with local controllers (15) for controlling the furnace parameters and is set, the local controllers (15) respectively guide variables for at least one, preferably all, of the controlled variables to be transmitted by them.