РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ

Процесс каталитического риформинга является одним из важнейших процессов в нефтехимии и нефтепереработке, который предназначен для повышения октанового числа бензинов и для производства индивидуальных ароматических углеводородов – бензола, толуола, ксилола.

В настоящее время на установке каталитического риформинга управление ограничивается применением локальных автоматических систем регулирования. Технологическим процессом управляет оператор, опираясь на личный опыт и данные лабораторных анализов, проводимые с определенной периодичностью. В результате показатель качества выходного продукта (октановое число) периодически отклоняется от заданных (необходимых) значений.

Целью данной работы является построение модели процесса каталитического риформинга для дальнейшей разработки на ее основе системы управления по поддержанию необходимого октанового числа выходного продукта.

Существует необходимость создания модели объекта, которая будет учитывать основные факторы, влияющие на октановое число выходного продукта. В теории существует два вида задач моделирования процессов, это прямые модели, основанные на законах физики и химии и обратные модели, формальные модели типа «черный» или «серый» ящик.

Поскольку прямые модели имеют низкую точность и требуется большой объём информации для построения такой модели они не могут использоваться для оперативного управления установкой, поэтому для разрабатываемой системы предлагается использовать обратное моделирование.

Идея заключается в разработке модели приращения октанового числа на реакторах риформинга используя периодические функции инерционного звена первого порядка с запаздыванием, поскольку по данным, полученным из лабораторных анализов на установке, поведение системы схоже с поведением инерционного звена:

где: К – коэффициент усиления; Т – постоянная времени; τ – запаздывание.

Постоянные времени и запаздывание назначаются эмпирически, исходя из знаний о поведении технологического процесса, а коэффициенты усиления находятся по методу анализа иерархий.

Метод анализа иерархий предоставляет экспертам относительно простой и эффективный способ измерения объективных и субъективных факторов посредством попарных относительных сравнений и вычисления соответствующих приоритетов шкалы отношений. Эксперт определяет относительную важность, предпочтение или вероятность в зависимости от того, оцениваются ли цели, альтернативы или сценарии, причем оценки могут быть сделаны в цифровой форме.

На основе знаний о технологическом процессе и данных лабораторных анализов разрабатывается модели реакторов.

На установке имеется три реактора риформинга со стационарным слоем катализатора. В них происходят эндотермические реакции, ведущие к образованию ароматических углеводородов из нафтенов и парафинов, в следствии чего в сырье происходит повышение октанового числа. Выделяем следующие выходные и выходные координаты реакторов:

Входные:

-                      температура начала кипения поступающего сырья (Тнк1). Отражает фракционный состав поступающего сырья на первый реактор, на втором и третьем реакторе будет использоваться рассчитанное октановое число на выходе предыдущего реактора (ОЧвых1, ОЧвых2);

-                      температура сырья на входе в реактор (Твх);

-                      разность температур на входе в реактор и на выходе из реактора (dT). Является косвенным критерием активности катализатор, чем выше разность температур, тем выше активность катализатора;

-                      давление в реакторе (Р);

-                      расход сырья, протекающего в установке (F). Выходные:

-                      октановое число выходного продукта (OЧвых1, ОЧвых2, ОЧвых3).

Коэффициенты усиления определяются методом оценивания данных коэффициентов по каналу передачи воздействий, который заключается в попарном сравнении степеней воздействия входных параметров на выходные. Оценка выполняется по методу анализа иерархий в 5 этапов для примера расчёт представлен по первому реактору, для остальных реакторов расчёт производится аналогично:

1)                     Определяется степень важности одного элемента относительно другого и составляется квадратная матрица, где сравниваются степени воздействия входных параметров на выходные по правилу: если элемент строки важнее элемента столбца, то в соответствующую ячейку ставится число r Î [1; 9], а в противоположную ячейку записывается обратное значение r-1.

Таблица 1 – Степени важности для октанового числа на выходе из первого реактора

2)                     Определяются веса входных переменных по формуле:

где 𝑧_i - знак влияния.

Если между входным и выходным значением прямая зависимость, то zi=+1, а если обратная зависимость, то zi=-1.

Для первого реактора сумма влияния равна:

𝑆1 = 2,9137 + 2,2369 + 0,6444 − 0,2432 − 0,9792 = 4,5726,

1)                     Определение номинальных значений

Из данных полученных на предприятии номинальные значения параметров для первого реактора следующие.

x1: Тнк1= 100 0С – температура начала кипения первой фракции сырья поступающего на вход реактора R-201;

x2: Твх1 = 496,370С – температура подогретого сырья на входе в реактор R-201;

x3: dT1 = 48,1 0С – перепад температур в реакторе R-201;

x4: РR-201 = 20,62 кгс/см2 – давление в реакторе R-201;

x5: F = 109,6 м3/час – расход сырья (гидроочищенного бензина);

y1: ОЧвых1 = 72 – октановое число продукта на выходе из реактора R-201.

 2)                     Определение коэффициентов усиления по каналам управления по формуле:

В результате расчётов коэффициентов усиления по каналам управления для всех реакторов получена модель процесса каталитического риформинга, построенная в программной среде VisSim (рисунок 1).

Основываясь на полученные модели, появляется возможность предсказания такого важного показателя качества бензина, как октановое число, в режиме реального времени, что дает возможность оператору и системе управления своевременно корректировать технологический процесс, добиваясь улучшения технико-экономических показателей установки.

Список литературы

1.    Веревкин А.П., Кирюшин О.В., Муртазин Т.М., Уразметов Ш.Ф. Метод адаптации моделей оперативной оценки показателей качества нефтехимических производств// Нефтегазовое дело, 2013.– Т. 11.– № 4.– С. 127-132.

2.     Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Кирюшин О.В. Задачи усовершенствованного управления в технологических процессах добычи и транспорта нефти// Территория Нефтегаз, 2007. – № 5. – С. 14-17.

3.     Веревкин А.П. Интеллектуальные системы управления и обеспечения безопасности. Уфа: УГНТУ, 2016. – 57 с.

4. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.