汽油与柴油质量指标的在线确定方法

摘要

本发明给出了一种用于石油分馏塔塔顶汽油干点和中部侧线产品柴油95％点(或倾点、凝固点)的在线确定方法。其特点是除考虑温度和油气分压外，还考虑了油品组成的影响，在对油品分馏塔的测点进行必要的改动后，利用可测过程变量和分馏塔及其相关设备的动态数学模型，在线实时计算分馏塔内物流流量，内回流流量和油品组分分率，进而随时确定汽油干点和柴油95％点，使之适应动态的操作过程和原料(分馏塔进料)性质的变化，用以指导操作，并作为进一步按质量指标进行控制的依据。

说明书

本发明涉及由石油分馏塔有关测点在线确定汽油质量指标(干点)和柴油质量指标(95％点或倾点或凝固点)的方法，属于石油分馏塔的在线计算与控制领域。

现有技术均用实测的分馏塔温度和压力，按稳态关系估算汽油或柴油产品质量，例如：Applied Automation INC.(A.A.公司)，兰州炼油化工总厂自动化所，上海高桥石化公司炼油厂……等等。

现有技术不足之处是，未考虑油品组分的变化，因而不能适应原料性质的变化；只用稳态关系，不能适应生产过程随时存在的动态变化状况。

本发明的目的是：给出一个在操作动态变化和原料性质变化的情况下，利用可能得到的实测信息和动态数学模型实时确定汽油和柴油质量指标的方法，作为控制质量，进而提高产率的依据。

本发明在对油品分馏塔的测点进行必要的改变后，利用温度、油汽分压和油品组分分率，在线确定汽油和柴油质量指标。

油汽分压是根据实测分馏塔压力和塔内各种物流(富气、汽油、柴油和水蒸汽)流量计算得到；在操作处于动态下，计算这些物流流量是本发明的一个特点。

本发明另一个特点是，在操作处于动态下，计算分馏塔内回流流量和油品组分分率(或组份因子)，进而确定油品的质量指标。现将上述特点说明如下：

油晶分馏塔(K－1)流程见附图3，其中F₁，F₂，…，F₉为各实测物流流量，P₁，P₂为实测压力，L₁，L₂为实测液位高度，T₁、T₂、…T₅；T₁′、…、T₄′为实测温度。(K－1)为分馏塔，(K－2)为柴油汽提塔，(V－1)为塔顶油气水分离器。一.分馏塔内物流流量的计算方法

1.分馏塔(K－1)顶部的富气流量和汽油流量的计算：

  塔顶富气流量： $>>>G>>a>1>>>=>>W>>a>1>>>>>dP>2>>dt>>+>>F>1>>->->->->>(>1>)>>>$

  塔顶汽油流量： $>>>G>>g>1>>>=>>D>1>>>A>1>>>>dL>1>>dt>>+>>F>2>>+>>F>3>>->->->>(>2>)>>>$

  塔顶水蒸汽流量：G_ml＝F₅＋F₆＋F₇    (3)

其中：W_a1：V－1的气容量(压力升高一个单位所需气体量)；

    A₁：V－1的截面积；

    D₁：汽油密度；

    F₅、F₆、F₇分别为原料中、塔底和汽提的蒸汽流量；

    F₁：经过温度、压力修正后的富气流量；

    F₂：实测汽油流量；

    F₃：顶冷回流流量。

2.塔顶汽油分压：     $>>>P>g>>=>>>>G>>g>1>>>/>>M>g>>>>>G>>a>1>>>/>>M>a>>+>>G>>a>1>>>/>>M>a>>+>>G>>g>1>>>/>>M>g>>>>>P>1>>->->->>(>4>)>>>$

其中：M_g、M_a、M_g分别是水蒸汽、富气、汽油分子量。

3.柴油自分馏塔(K－1)馏出流量：     $>>>G>d>>=>>D>2>>>A>2>>>>dL>2>>dt>>+>>F>4>>->->->>(>5>)>>>$

其中：

    A₂：K－2截面积；

    D₂：柴油密度；

    F₄：实测柴油流量。

4.柴油馏出段其它物流：

  汽油流量： $>>>G>>g>2>>>=>>W>>g>2>>>>>dP>1>>dt>>+>>G>>g>1>>>->->->>(>6>)>>>$

  富气流量： $>>>G>>g>2>>>=>>W>>a>2>>>>>dP>1>>dt>>+>>G>>a>1>>>->->->>(>7>)>>>$

其中：W_g2、W_a2分别为K－1上部汽油、富气气容量；P₁为实测K－1顶部压力。

5.柴油油气分压：     $>>>P>d>>=>>>>G>d>>/>>M>d>>>>>G>>a>1>>>/>>M>a>>+>>G>>a>2>>>/>>M>a>>+>>G>>g>2>>>/>>M>g>>+>>G>d>>/>>M>d>>>>>P>1>>->->->>(>8>)>>>$

其中：M_d为柴油的分子量。二.内回流流量的计算

本发采用下述分馏塔动态模型计算塔顶段(用于确定汽油干点)内回流流量：     $>>>C>>h>1>>>>>dT>3>>dt>>+>>C>>h>2>>>>>dT>1>>dt>>=>>G>1>>>H>g>>>(>>T>4>>)>>->>G>>g>1>>>>H>g>>>(>>T>1>>)>>+>>$                   ＋G_a[H_a(T₄)－H_a(T₁)]＋G_a[H_a(T₄)－H_a(T₁)]                   －Q₁－R₁h₁(T₃)＋F₃h₂(T₅)    (9)

Q₁＝F₈*[h₁(T₃)－h₁(T₂)]    (10)     $>>>W>g>>>>d>>R>1>>>dt>>=>>G>1>>->>G>>g>1>>>->>R>1>>+>>F>3>>->->->>(>11>)>>>$其中：

C_h1：塔顶段液相热容量(包括气壁)(温度升高一个单位所需热量)；

C_h2：塔顶段气相热容量；

H_g(T)：汽油在T(℃)时的气相热焓；

H_a(T)：水蒸汽在T(℃)时的气相热焓；

H_a(T)：富气在T(℃)时的气相热焓；

h₁(T)：顶部循环回流(液相)在温度T时的焓值；

h₂(T)：顶部冷回流(液相)在温度T时的焓值；

F₃：顶部冷回流流量；

F₈：顶部循环回流流量；

W_g：塔顶段液相积蓄量；

在确定柴油质量指标中时，需计算塔中段内回流流量R₂，其计算方法与上述各式完全相同，只是将有关变量和参数换成分馏塔中段(一中)各实测变量和参数。三.组分分率与质量指标计算

本发明给出了如下两种在线确定汽油和柴油质量指标的方法：

1.计算组分分率，据以确定油品质量指标：

塔顶汽油中重组分分率为：     $>>>>Y>>(>k>)>>>12>>=>>>>A>1>>>R>1>>>>>B>1>>>R>1>>+>>B>2>>>G>>g>1>>>>>->->->>(>12>)>>>$

汽油干点按下式确定：     $>>>>Xq>>(>k>)>>=>T>>>h>0>>>+>>(>>T>>h>0>>>->>T>10>>)>>>>Y>12>>>1>->>Y>12>>>>+>>C>4>>->->->>(>13>)>>>$其中：A₁＝C₁T₁＋C₂－T_h0

  B₁＝C₃T₁P

  B₂＝T_h1－C₁T₁－C₂＋B₁Y₁₂(k－1)

  T_h0＝重组分的初馏点(轻组分的终馏点)； 

  T_h1＝重组分的终馏点；T₁₀＝轻组分的初馏点；

  C1，C2，C3，C4为可调参数；

  k及未注明者为当前采样时刻之；k－1为前-采样时刻之。

柴油中重组分分率及其95％点(倾点或凝固点)的确定方法与(12)(13)式相同，只是将T₁，R₁和G_g1分别换为T₁′，R₂和G_d；并将参数作相应调整)。2.利用实测温度，油汽分压和组分因子确定油品质量指标：

X_q＝a₀＋a₁T₁＋a₂PT₂＋a₃P＋a₄C[1.0＋a₅(T₃－T₃₀)]    (14)

X_q：汽油干点或柴油95％点(倾点或凝固点)；

T₁：汽油或柴油汽相温度；

T₃：内回流(液相)温度；

P：汽油或柴油分压；

T₃₀：T₃的额定(设计)温度；

a₂＝a₂₁＋a₂₂P；a₃=a₃₁＋a₃₂P；

a₀、a₁、a₂₁，a₂₂，a₃₁，a₃₂，a₄，a₅：系数。

C：组份因子；

对于汽油干点计算，组份因子定义如下：     $>>>C>g>>=>>>R>1>>>>R>1>>+>>G>>g>1>>>>>->->->>(>15>)>>>$

其中：R₁是分馏塔(K－1)顶段内回流流量。对于柴油95％点(倾点或凝固点)，组份因子定义如下：     $>>>C>d>>=>>>R>2>>>>R>2>>+>>G>d>>>>->->->>(>16>)>>>$

其中：R₂是分馏塔(K－1)中段内回流流量。四.实施例1.用单回路调节器(PMK或其它型号)实现(见图1)汽油干点在线计算。

由于PMK输入端子较少，只适用于下述情况：

(I)F₃＝0；

(II)水蒸汽流量G_a较小，可忽略不计。

用①(PMK单回路调节器)，按(1)、(2)、(3)、(4)式实现油气分压计算，同时给出塔顶汽油流量G_g，富气流量G_a。

用②(PMK单回路调节器)，按(9)、(10)、(11)、(15)式计算R₁(内回流流量)及组份因子C。

用③(PMK单回路调节器)，按(14)式和上述计算结果(P，C)计算汽油干点。各PMK所用输入变量和整定参数如下表：

    PMK信号    输入变量整定参数计算结果    ①    F₁    F₂    P₂，P₁    L₁ W_a1 A₁，D₁ M_g，M_a L₁量程G_a1G_aG_g1P_g    ②                T₁    T₄    T₂    T₃ C_h1，W_g C_h2 H_g(T)，h₁(T) H₁(T) H_a(T)R₁C_g    ③    P_g    C_g    T₃    T₁ a₀，a₁ a₂ a₃ a₄ a₅ T₃₀X_q其中：F₁、F₂、…、F₉为实测流量，T₁、…、T₄为实测温度。

  P₁、P₂为实测压力，L₁为实测液位高度。

实施时利用PMK的功能块，按上述各关系式进行组态即可。需注意的是：①要对实测过程变量(F₁，F₂，P₁，P₂，L₁，F₈)进行滤波以降低测量噪声的影响。②用PMK功能块计算dL/dt(dT/dt)的方法如下：    

MVAR(30S)：滑动平均模块(30秒滑动平均)

MVAR(60S)：滑动平均模块(60秒滑动平均)

X2：四则运算模块Lr＝2·(Z1－Z2)

L(T)：实测液位高度(L)或温度(T)2.在集散系统(Distributed Computer Control System，DCS)上实现(见图2)

由控制站或监测站④，操作员终端①，公用数据区③和工程师终端②组成在线计算系统。

控制站或监测站④的主要作用是采集所需实测过程变量，并对其进行滤波处理，也可利用其组态功能进行必要的计算。

上述各种计算主要是在操作员终端(站)或工程师终端(站)上进行，需按每个DCS系统的特点和提供的高级语言确定。dL/dt(或dT/dt)可按下式计算：

dL/dt＝[L(k)－L(k－1)]/Ts(Ts为采样周期，可选择Ts＝30秒)

汽油和柴油质量指标用(13)式计算。在①上显示计算结果；在②上由工程师对计算所用的参数进行整定；同时监视计算结果和记录有关数据。工程师整定后的参数存入公用数据区③内，以便在线计算时随时调用。计算结果及所需实测过程变量也存入③内，以便①和②调用，监视在线计算结果。

表1化验值与计算值(单位：℃)比较

序化验值计算值偏差序化验值计算值偏差 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 204.60 205.00 205.20 205.60 205.40 205.80 204.50 202.50 200.60 206.70 204.39 205.00 204.86 205.23 205.43 205.78 204.38 203.60 201.00 206.45-0.21 0.00-0.34-0.37 0.03-0.02-0.12 1.10 0.40-0.25 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48    202.20    203.20    203.60    204.80    203.40    203.60    203.20    204.00    204.80    203.00 202.31 203.34 204.28 204.64 203.20 203.78 203.27 204.44 204.54 202.37 0.11 0.14 0.68-0.16-0.20 0.18 0.07 0.44-0.26-0.63 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 204.50 203.40 202.60 203.10 206.00 202.80 206.00 204.90 204.80 204.50 204.50 203.51 202.56 202.68 205.76 202.81 205.60 205 32 205.19 205.07 0.00 0.11-0.04-0.42-0.24 0.01-0.40 0.42 0.39 0.57 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58    202.80    204.20    203.20    205.30    202.70    200.80    204.20    204.90    202.40    204.30 201.34 204.22 203.34 204.10 202.10 199.96 204.40 205.05 203.35 204.27-0.98-0.08 0.11-1.29-0.69-0.84-0.16 0.15 0.95 0.07 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 204.90 207.40 205.60 205 00 205.30 204.10 202.90 203.00 202.80 202.70 205.46 206.45 204.44 204.75 205.38 204.11 203.14 203.42 203.12 203.06 0.56-0.95-1.16-0.25 0.08 0.01 0.24 0.42 0.32 0.36 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68    204.00    205.82    206.00    202.90    202.00    202.40    202.30    203.90    203.00    203.00 204.18 204.90 204.94 203.10 202.28 202.16 202.52 204.56 203.78 202.16 0.18-0.90-1.90 0.11 0.28-0.24 0.22 0.36-0.12-0.84 30 31 32 33 34 35 36 37 38 200.00 198.90 200.60 202.40 204.40 203.40 202.70 201.50 199.20 200.30 199.03 201.31 202.57 204.42 203.77 203.47 201.04 200.41 0.30 0.13 0.71 0.17 0.02 0.37 0.77-0.46 1.21 69 70 71 72 73 74 75 76 77    202.60    202.50    201.80    201.30    203.90    204.10    203.40    205.20    205.00 202.35 202.85 202.58 200.98 202.59 204.31 203.46 206.62 204.94-0.26 0.35 0.78-0.34-1.31 0.12 0.06 1.42-0.06

标准偏差＝0.56℃