论文部分内容阅读
[摘 要]在石油化工中，轻烃分馏和精制技术是重要的组成部分。轻烃精制和综合利用，能够提升轻烃分馏产品的附加值，提纯精制饱和烷烃产品，实现轻烃分馏的深加工。本文是在轻烃分馏产品精制现状的基础上对分离工艺和控制技术进行分析，以此寻求合理的工艺和高效的控制技术来提升装置的经济效益，促进企业的稳定发展。
[关键词]轻烃分馏 控制 工艺
中图分类号：TE124 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0097-01
油田轻烃物质主要指对原油和伴生气处理后得到的特殊物质，主要为C3～C8烷烃，其组分和含量往往不同。分馏是石油化工的基本内容，而对油田轻烃分馏和深加工是石油化工重要的组成部分，然而，我国石油化工行业分馏技术还存在缺陷，因此开展国外先进技术总结，最终形成适宜于自身的经验技术是基础。
1、轻烃分馏产品精制现状
1.1 轻烃精细分离现状
（1）精馏理论
分离指对化工材料、物质进行分离提纯的过程，使反应物质得到充分利用。精细分馏是分离最基本的操作，在石油化工行业应用广泛。其实质是根据不同原油组分挥发度不同（同一温度饱和蒸汽压不同），将液相组分转化为汽相，从而实现分离的过程。精细分馏主要采取多次分馏方式以提高分离级别，实现提纯的目的。按操作压力的不同可分为常压精馏、加压精馏以及减压精馏。精细分馏过程是传热、传质同时进行的过程，一般原料从精馏塔中部进入，精馏塔上部为精馏段，下部为提馏段，上部不进原料，下部实现液相回流。上部汽相不断上升，从精馏塔顶不断得到精馏产品，而下部不断聚集液态重组分，得到重组分产品。精细分馏与其他蒸馏不同表现在精馏塔上部和下部都可提供高纯度的的产品回来，始终能保证传质推动力。
（2）萃取精馏
萃取精馏指往原料中加入一定组分的萃取剂或溶剂，从而改变原有物质的挥发度，为一种特殊精馏方法。其操作方式可分为连续萃取和间歇萃取。很显然，连续萃取精馏指萃取过程中加料与回收为连续的，往往采取双塔操作。间歇萃取精馏则复杂很多，流程和操作方法具有很大的不同，为今后研究的主要方向。很显然萃取精馏中非常重要的是萃取剂，因此，针对不同要求，选取的萃取剂也不同。
（3）控制理论
利用计算机对精馏过程实现精细操作可有效的保障精馏效果。因此，控制系统对生产的安全性和稳定性都具有重要作用。国际上在加强建模、辨识、优化控制、高级过程控制等开展了较多研究，形成了具有较强适应能力的控制系统，如自适应、预测、鲁棒以及智能等先进的控制系统。国外已形成了较多的预测控制商品化软件包，在催化裂化、连续重整、常减压、加氢裂化、延迟焦化等装置中已使用并得到了较好的效果。国内一方面引进国外技术，另一方面也形成了一些先进控制技术如APC-Hiecon、APC-PFC、MCC等。
1.2 轻烃分离产品脱硫现状
脱硫技术分为干法和湿法脱硫技术，干法脱硫是用固体吸附剂脱除硫化氢，湿法脱硫则用溶剂解吸放出硫化氢。现今主要研究方向为生物脱硫技术，反应速率显著增加。我国相关院校及科研机构开始致力于轻质油品脱硫精制技术的研究，并取得了较好的效果。
2、轻烃分馏工艺流程分析
某公司轻烃分馏装置使用的是多塔蒸馏分离技术，实现的基础是充分借助了不同组分存在的不同挥发度这一特点。该装置整体为塔式，其内包括的填料或者塔板主要作为传质或者传热的空间。加热炉借助导热油这种介质为塔底提供必要的热源；而冷凝器则通过水为塔顶提供必要的冷源；从塔顶注入浓度较高的轻组分回流体，通过加热让流体产生相变，进行汽化；此时填料或者塔板上会存在有高含量的轻组分，这种自上而下流动的蒸汽温度较高，与温度较低的流体发生接触之后，回流液体的温度会逐渐升高，那些轻组分以气相的形式被蒸发；低温液体对高温的蒸汽进行冷却，那些重组分逐步实现冷凝并进入到回流液中。最终使得在经过不同的塔板的回流液体都会增加重组分的含量，同时经过不同塔板的蒸汽都会增加轻组分的含量，产生典型的提浓效应；整个轻烃分馏的过程便是通过多次的汽化和冷凝这种方式，达到将液体混合物分离的目标。轻烃分馏的基本工艺流程如下图1所示：
3、轻烃分馏的控制过程
目前，轻烃分馏采取了许多针对工业精馏塔的控制策略。比如解耦控制、前馈控制、内回流控制、时滞补偿控制、热平衡控制、能量优化控制和多变量控制。最典型的是以DCS控制实现，能够提高生产操作稳定性。DCS系统控制和常规控制基本一致，是替代常规性的自动化仪表，实现单回路和单变量控制。但是，DCS系统还没有发挥出自身强大的功能。由于精馏的工艺特点有许多缺陷、原料过于复杂、原始控制系统局限等原因，存在许多的问题和不足。
轻烃分馏装置有许多干扰因素，都会影响到工业精馏塔。比如冷却系统、加热系统、生产负荷、外界环境变化、进料组波动等。这些因素都会影响到精馏塔平稳操作性。和单变量系统进行比较，精馏是一种非线性、强耦合和多变量对象。控制和操作方面存在较大的困难和差异。工业精馏塔以多塔串联而成，如果上游的精馏塔有着不平稳的工况，则会影响下游精馏塔。装置内发生扰动传播，需以人工调整工艺参数。由于操作人员经验、责任、判断力不同，再加上外来社会、自身心理和生理等因素影响，都会影响到工业精馏塔。
人为控制有着稳定性、差异性等方面问题。传统单回路控制存在许多控制问题，只有采取多变量的预测控制技术，才能有效解决这类问题。在轻烃分馏时选择这类的控制技术和理论，优化生产流程过程和流程控制，能够取得优品质、高产率、低能耗。预测产品操作幅度和質量，再根据轻烃分馏的工艺特点，计算方式采取滚动优化，考虑变量的联系，获得基本控制回路给定值。这样能够减少工艺参数平均稳态的偏差，提高装置分离效果。轻烃分馏过程中要注意几个关键点，先要深入调研和了解工艺过程，掌握干扰因素、工艺设备特性和控制条件优化，以优化控制来调整控制策略。选择不同的工艺条件，来设定工艺的控制参数，最终实现控制的优化。
轻烃分馏与精制技术想要达到的目标是在目的产品收率、质量和能耗等各方面获取良好的经济效益。但是在实际生产过程中肯定会存在相互制约的因素，这就需要从其工艺出发，做好全面统筹考虑，寻找控制技术的优化途径，来达到装置的最佳经济目标，以此来促进企业的经济效益提升。
参考文献
[1] 张有昌，李鸿亮，冯冬芹，杨开香.先进控制技术在轻烃分馏装置上的应用[J].化工自动化及仪表，2006，（01）：87-88.
[2] 张有昌.轻烃分馏装置的建模与先进控制应用研究[D].浙江大学，2005.
[关键词]轻烃分馏 控制 工艺
中图分类号：TE124 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0097-01
油田轻烃物质主要指对原油和伴生气处理后得到的特殊物质，主要为C3～C8烷烃，其组分和含量往往不同。分馏是石油化工的基本内容，而对油田轻烃分馏和深加工是石油化工重要的组成部分，然而，我国石油化工行业分馏技术还存在缺陷，因此开展国外先进技术总结，最终形成适宜于自身的经验技术是基础。
1、轻烃分馏产品精制现状
1.1 轻烃精细分离现状
（1）精馏理论
分离指对化工材料、物质进行分离提纯的过程，使反应物质得到充分利用。精细分馏是分离最基本的操作，在石油化工行业应用广泛。其实质是根据不同原油组分挥发度不同（同一温度饱和蒸汽压不同），将液相组分转化为汽相，从而实现分离的过程。精细分馏主要采取多次分馏方式以提高分离级别，实现提纯的目的。按操作压力的不同可分为常压精馏、加压精馏以及减压精馏。精细分馏过程是传热、传质同时进行的过程，一般原料从精馏塔中部进入，精馏塔上部为精馏段，下部为提馏段，上部不进原料，下部实现液相回流。上部汽相不断上升，从精馏塔顶不断得到精馏产品，而下部不断聚集液态重组分，得到重组分产品。精细分馏与其他蒸馏不同表现在精馏塔上部和下部都可提供高纯度的的产品回来，始终能保证传质推动力。
（2）萃取精馏
萃取精馏指往原料中加入一定组分的萃取剂或溶剂，从而改变原有物质的挥发度，为一种特殊精馏方法。其操作方式可分为连续萃取和间歇萃取。很显然，连续萃取精馏指萃取过程中加料与回收为连续的，往往采取双塔操作。间歇萃取精馏则复杂很多，流程和操作方法具有很大的不同，为今后研究的主要方向。很显然萃取精馏中非常重要的是萃取剂，因此，针对不同要求，选取的萃取剂也不同。
（3）控制理论
利用计算机对精馏过程实现精细操作可有效的保障精馏效果。因此，控制系统对生产的安全性和稳定性都具有重要作用。国际上在加强建模、辨识、优化控制、高级过程控制等开展了较多研究，形成了具有较强适应能力的控制系统，如自适应、预测、鲁棒以及智能等先进的控制系统。国外已形成了较多的预测控制商品化软件包，在催化裂化、连续重整、常减压、加氢裂化、延迟焦化等装置中已使用并得到了较好的效果。国内一方面引进国外技术，另一方面也形成了一些先进控制技术如APC-Hiecon、APC-PFC、MCC等。
1.2 轻烃分离产品脱硫现状
脱硫技术分为干法和湿法脱硫技术，干法脱硫是用固体吸附剂脱除硫化氢，湿法脱硫则用溶剂解吸放出硫化氢。现今主要研究方向为生物脱硫技术，反应速率显著增加。我国相关院校及科研机构开始致力于轻质油品脱硫精制技术的研究，并取得了较好的效果。
2、轻烃分馏工艺流程分析
某公司轻烃分馏装置使用的是多塔蒸馏分离技术，实现的基础是充分借助了不同组分存在的不同挥发度这一特点。该装置整体为塔式，其内包括的填料或者塔板主要作为传质或者传热的空间。加热炉借助导热油这种介质为塔底提供必要的热源；而冷凝器则通过水为塔顶提供必要的冷源；从塔顶注入浓度较高的轻组分回流体，通过加热让流体产生相变，进行汽化；此时填料或者塔板上会存在有高含量的轻组分，这种自上而下流动的蒸汽温度较高，与温度较低的流体发生接触之后，回流液体的温度会逐渐升高，那些轻组分以气相的形式被蒸发；低温液体对高温的蒸汽进行冷却，那些重组分逐步实现冷凝并进入到回流液中。最终使得在经过不同的塔板的回流液体都会增加重组分的含量，同时经过不同塔板的蒸汽都会增加轻组分的含量，产生典型的提浓效应；整个轻烃分馏的过程便是通过多次的汽化和冷凝这种方式，达到将液体混合物分离的目标。轻烃分馏的基本工艺流程如下图1所示：
3、轻烃分馏的控制过程
目前，轻烃分馏采取了许多针对工业精馏塔的控制策略。比如解耦控制、前馈控制、内回流控制、时滞补偿控制、热平衡控制、能量优化控制和多变量控制。最典型的是以DCS控制实现，能够提高生产操作稳定性。DCS系统控制和常规控制基本一致，是替代常规性的自动化仪表，实现单回路和单变量控制。但是，DCS系统还没有发挥出自身强大的功能。由于精馏的工艺特点有许多缺陷、原料过于复杂、原始控制系统局限等原因，存在许多的问题和不足。
轻烃分馏装置有许多干扰因素，都会影响到工业精馏塔。比如冷却系统、加热系统、生产负荷、外界环境变化、进料组波动等。这些因素都会影响到精馏塔平稳操作性。和单变量系统进行比较，精馏是一种非线性、强耦合和多变量对象。控制和操作方面存在较大的困难和差异。工业精馏塔以多塔串联而成，如果上游的精馏塔有着不平稳的工况，则会影响下游精馏塔。装置内发生扰动传播，需以人工调整工艺参数。由于操作人员经验、责任、判断力不同，再加上外来社会、自身心理和生理等因素影响，都会影响到工业精馏塔。
人为控制有着稳定性、差异性等方面问题。传统单回路控制存在许多控制问题，只有采取多变量的预测控制技术，才能有效解决这类问题。在轻烃分馏时选择这类的控制技术和理论，优化生产流程过程和流程控制，能够取得优品质、高产率、低能耗。预测产品操作幅度和質量，再根据轻烃分馏的工艺特点，计算方式采取滚动优化，考虑变量的联系，获得基本控制回路给定值。这样能够减少工艺参数平均稳态的偏差，提高装置分离效果。轻烃分馏过程中要注意几个关键点，先要深入调研和了解工艺过程，掌握干扰因素、工艺设备特性和控制条件优化，以优化控制来调整控制策略。选择不同的工艺条件，来设定工艺的控制参数，最终实现控制的优化。
轻烃分馏与精制技术想要达到的目标是在目的产品收率、质量和能耗等各方面获取良好的经济效益。但是在实际生产过程中肯定会存在相互制约的因素，这就需要从其工艺出发，做好全面统筹考虑，寻找控制技术的优化途径，来达到装置的最佳经济目标，以此来促进企业的经济效益提升。
参考文献
[1] 张有昌，李鸿亮，冯冬芹，杨开香.先进控制技术在轻烃分馏装置上的应用[J].化工自动化及仪表，2006，（01）：87-88.
[2] 张有昌.轻烃分馏装置的建模与先进控制应用研究[D].浙江大学，2005.