Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Системы Методы Технологии. А.М. Джамбеков и др Алгоритмы оптимального … 2018 № 2 (38) с. 54-62 55 Введение Каталитический риформинг (КР) является важней- шим в нефтегазовой отрасли процессом, основным на- правлением использования которого является произ- водство высокооктанового бензина. Совершенствова- ние процесса КР стимулируется постоянным введением новых требований к качеству моторных топлив и их химическому составу, в т.ч. и с учетом экологических соображений. По состоянию на 2016 г. доля процессов риформинга в общем числе процессов нефтепереработ- ки в Восточной Европе составляла 13,4 % [1]. В на- стоящее время мощности процесса КР в России состав- ляют 9,3 % от суммарной мощности первичной перера- ботки нефти. Поскольку компонентный состав бензина содержит 54,1 % риформата, процесс КР на отечест- венных предприятиях нефтепереработки занимает ве- дущее место [2]. Эффективное и бесперебойное протекание процесса КР обеспечивается автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП). Исследования в области моделирования и управления процессом КР, выполненные такими учеными, как В.В. Кафаров, Г.М. Панченков, И.Н. Дорохов, Н.Ф. Рубе- кин, Ю.М. Жоров, А.В. Кравцов, А.Г. Шумихин, Э.Д. Иванчина и др., направлены на повышение эффектив- ности процесса КР на основе разработки систем опти- мального управления по основным технико- экономическим показателям (доход, октановое число, прибыль и пр.), оптимизацию технологического режи- ма процесса КР, управление качеством стабильного катализата, ситуационное управление процессом КР, управление с использованием базы знаний и пр. [3]. В результате анализа исследований установлено от- сутствие подхода к управлению процессом КР, направ- ленного на одновременное снижение производствен- ных затрат и повышение качества бензина [4]. Как известно, эффективность производства бензина зависит не только от повышения октанового числа вы- пускаемого топлива, но и от снижения производствен- ных затрат. В связи с этим актуальной является науч- ная работа, связанная с разработкой системы управле- ния процессом КР, обеспечивающей достижение опти- мальных соотношений октанового числа бензина и производственных затрат [5]. Таким образом, определена необходимость разра- ботки алгоритмов управления, обеспечивающих дос- тижение оптимальных соотношений октанового числа бензина и производственных затрат. Краткое описание технологического процесса КР — это сложный химический процесс, включаю- щий разнообразные реакции, основными из которых являются: дегидрирование шестичленных нафтенов, дегидроизомеризация пятичленных нафтенов, аромати- зация (дегидроциклизация) парафинов, изомеризация парафинов, изомеризация ароматики, гидрокрекинг парафинов, гидродеалкилирование алкилбензолов, гидродециклизация пятичленных нафтенов в парафи- ны. Данные реакции позволяют значительно улучшить антидетонационные свойства бензиновых фракций, а также увеличить содержание ароматических и изопа- рафиновых углеводородов во фракции [6]. Реакции процесса КР протекают при следующих режимах: тем- пература на входе в реакторы составляет 480–530 0 С; объемная скорость подачи сырья — 1,5 час –1 ; давление на выходе из реактора — 2.8 МПа; присутствие катали- затора; мольное соотношение «водород – сырье» равно 6:1 [7]. Основным сырьем КР являются прямогонные бензиновые фракции нефтей и газовых конденсатов [8]. Приведем краткую характеристику технологиче- ской схемы КР (рис. 1). Рис. 1. Упрощенная технологическая схема процесса каталитического риформинга Сырье подается на насос Н-1, соединяется с опреде- ленным количеством водородосодержащего газа (ВСГ), подаваемого от центробежного компрессора ЦК-1, с образованием газосырьевой смеси, которая поступает в трубчатую печь первой ступени П-1. Газосырьевая смесь первой ступени нагревается в печи П-1 путем сжигания топливного газа. После печи газосырьевая смесь поступает в реактор Р-1, где протекают реакции КР. Аналогично газосырьевая смесь поступает в реак- торы Р-2, Р-3 после нагрева в печах П-2, П-3. Выходящая из реактора третьей ступени Р-3 газо- продуктовая смесь охлаждается в аппарате воздушного охлаждения Х-1, в водяном холодильнике Х-2 и посту- пает на сепарацию в сепаратор высокого давления С-1. В сепараторе С-1 газопродуктовая смесь разделяется на ВСГ и нестабильный катализат. После сепаратора С-1 отсепарированный ВСГ направляется на осушку в ад- сорберы-осушители К-1 и К-2, работающие параллель- но. При отсутствии необходимости осушки отсепари- рованный ВСГ направляется по байпасу на прием цен- тробежного компрессора ЦК-1 через сепаратор на приеме С-2. Нестабильный катализат из сепаратора С-1 направляется в блок стабилизации [9]. Для целей управления процессом КР необходимо провести его анализ как объекта управления (ОУ). Анализ процесса как объекта управления. Для разработки системы управления процессом КР были выделены векторы входных переменных X IN , перемен- ных состояния процесса A , управляющих воздействий U , возмущений F , а также выходных переменных X OUT (рис. 2). Необходимо перечислить все группы перемен- ных процесса КР. Вектор входных переменных X IN : температура про- дуктовой смеси на входе в первую печь x in 1 (  С ); коэф-