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工藝簡介
重油催化裂化工藝流程是：蠟油和渣油混合后依次經過提升管第一反應區和第二反應區，發生催化裂化反應，反應產物進入主分餾塔分餾，反應催化劑依次經過一再、二再進行催化劑再生，循環利用。在主分餾塔中，塔頂餾出粗汽油、液化氣、干氣，一起進入吸收-穩定單元；中部抽出粗柴油，去汽提塔，進一步提純得到柴油；塔底得到油漿部分循環，部分外甩。在吸收-穩定單元中，經過吸收、解吸、穩定等環節，得到合格的干氣、液化氣和穩定汽油等產品，
需求分析
重油催化裂化裝置生產過程中面臨的主要問題有：原料組成變化較大，直接影響著反應再生系統的平穩操作，甚至會導致再生器溫度較大波動，同時，再生系統溫度的大幅波動，降低了裝置摻渣比，影響裝置生產安全；汽油干點、柴油95%點和汽油飽和蒸汽壓等關鍵工藝指標沒有在線質量儀表，難以達到滿意的質量控制效果；解吸塔和穩定塔的塔釜重沸器面臨供熱不足的問題；各主要液位，如解吸塔、油氣分離器等液位難以控制；由于吸收、解吸、穩定塔相互間耦合性強且約束條件多，常規控制難于達到較好的控制效果。以上情況都會造成工況波動大，產品質量和收率不穩定，裝置能耗較高。
在控制方面，常規控制主要是針對單輸入單輸出過程，很少考慮催化裂化過程內在的高度耦合、大純滯后、多約束和強干擾等復雜特性，離實現裝置的優化操作有相當的距離。原有的一些溫度、液位串級控制系統也未能投運，關鍵工藝變量基本上是靠人工調整流量單回路控制系統的設定值來達到生產要求。從催化裂化裝置的控制現狀分析中看出，常規的PID控制通常對工藝設備和生產過程的各種參數(如溫度、壓力、流量、液位等)分別加以控制，構成一個個相互獨立的控制回路。常規的PID控制本質上是一種單輸入單輸出(SISO)控制系統，它無法將相關的多個變量統籌考慮，協調控制。所以可采用多變量控制技術來解決裝置優化問題。
控制產品質量是裝置優化控制的基礎，只有在產品質量合格的前提下，才能追求產品的產量最大和生產的消耗最小等效益指標。在產品的質量控制中，實時在線質量分析數據是十分重要的。本裝置的質量效益指標(粗汽油干點、輕柴油95%點、穩定汽油飽和蒸汽壓等)暫時沒有在線分析儀表檢測，為了提高質量控制的效果，采用了相應的工藝計算軟件和軟測量技術。
控制目標
u 減少產品質量波動、實現卡邊控制，主要產品質量指標的標準偏差降低20%到60%；
u 合理調整反應溫度、產品抽出溫度，減少生焦量、產氣量，提高輕油收率；
u 降低勞動強度，提高裝置的自動化水平。
先進控制方案
重油催化裂化裝置先進控制系統建立重油催化裂化生產過程的動態數學模型，包括先進控制模型、工藝計算模型和軟測量模型；實現對反應深度和主要產品質量指標的在線測量。該先進控制系統包括反應－再生系統、主分餾系統和吸收-穩定系統三部分，共有24個被控變量、19個操縱變量和15個干擾變量。結合DCS系統的特點，實現安全、可靠的切換并設計便捷的操作界面。
應用效果
重油催化裂化裝置應用先進控制系統最大的特點是先控系統能夠適應實際的操作工況，從而提高摻渣、提高液收和穩定吸收穩定系統的工況。
由于吸收-穩定系統負荷很大，因此干氣的收率能否最大程度的降低取決于穩定塔的負荷。在吸收系統的先控系統中，通過控制補充吸收劑流量，在穩定油氣分離器和解吸塔塔釜液面的基礎上，達到穩定塔進料的最大化控制，一方面滿足吸收的要求，另一方面避免出現穩定塔負荷超標導致液化氣質量問題。
在摻渣比專家控制系統設計中，采用了多個輔助變量來適應渣油油性變化和處理量變化等問題。解決了再生溫度滯后大、波動大的問題，達到提高摻渣和穩定再生溫度的目的。
另外，在反應和分餾系統加入了反應深度控制和油漿外甩最小化的控制方案，而反應深度的計算是結合經典理論和實際裝置特點，采用多參數綜合計算結果來體現真正的反應深度。通過控制合適的反應溫度和油漿外甩的最小化，從而達到提高液收的目的。
先控系統投用后可以明顯降低各被控參數的標準偏差，平均標準偏差下降值為42.73％，達到了穩定操作的目的，為卡邊操作提供了有利條件。
在先控的軟測量系統投用后，各種產品質量的穩定性有了較大的提高，主要是在軟測量系統投用后，操作人員通過軟測量系統實時的質量預測進行及時的操作調整，對產品質量控制起到了及時的指導作用，為質量的卡邊控制提供了條件。
圖1和圖2分別是重油催化裂化先進控制系統投運前后部分重要變量的控制效果。圖3和圖4為主要軟測量變量化驗室分析值與先控計算值對比效果。
效益分析
重油催化的先進控制項目總體來說取得了很好的效果，實際投用率達到98％。先進控制項目的實施，主要是增加了裝置的摻渣比，丙烯的回收率和裝置操作和質量控制的平穩性。不僅從操作穩定性，對操作人員勞動強度的降低還是在經濟效益上，都取得了很好的效果。
先進控制系統與常規PID控制相比，重要生產參數自動維持在工藝和設備的許可范圍內，使生產更安全，并把生產參數保持在優化區域。減少主要過程變量的波動幅度達42%，從而提高系統平穩性。汽油和柴油等主要產品質量指標的標準偏差降低32.86％；先進控制系統投用，應用合適的先進控制策略可以降低干氣中的丙烯含量，可以進一步提高液收，從而提高裝置的經濟效益。應用先進控制，可以提高重催裝置的經濟效益370.21萬元/年。
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