Концепция разработки логико-лингвистического описания установки каталитического риформинга
Автор: Меликов Эльчин Адиль Оглы
Рубрика: Управление сложными системами
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
В статье в качестве объекта моделирования рассматривается установка каталитического риформинга. Сложность функционирования этой установки определяется многоступенчатыми реакционными процессами, происходящими в реакторном блоке. Невозможность учета некоторых важных качественных и режимных параметров реакторного блока затрудняет моделирование и управление данным процессом. Степень неопределенности, которая возникает при принятии решения в процессе управления риформингом, приводит к необходимости разработки его логико-лингвистической модели и алгоритма управления. Применение разработанной размытой модели и алгоритма оптимизации рассматриваемого технологического процесса обеспечивает оптимальные технологические режимы установки риформинга.
Каталитический риформинг, логико-лингвистическая модель, реакторный блок, алгоритм оптимизации, функция принадлежности, технологический процесс
Короткий адрес: https://sciup.org/148309025
IDR: 148309025 | DOI: 10.25586/RNU.V9187.19.01.P.061
Текст научной статьи Концепция разработки логико-лингвистического описания установки каталитического риформинга
Известно, что установка каталитического риформинга служит основой для получения из низкооктановых бензиновых фракций высококачественного компонента для производства неэтилированных высокооктановых автомобильных и авиационных бензинов ароматических углеводородов и водородосодержащего газа для процессов гидроочистки, гидрокрекинга, изомеризации и т.д. Сырьем для данной установки являются бензиновая и лигроиновая фракции, получаемые на установках первичной переработки нефти нефтеперерабатывающих заводов. При этом технологический комплекс рассматриваемой установки состоит из блока платформинга, включающего в себя четыре последовательно и вертикально соединенных реактора, две ректификационные колонны, шесть печей, ряд теплообменников и промежуточных емкостей.
Данная технологическая установка как объект управления представляет собой многоступенчатый реакционный процесс. Установлено, что получение и соблюдение требуемых, в соответствии с регламентом, качественных показателей промежуточного продукта – высокооктанового платформата, получаемого в этом технологическом комплексе, в основном зависит от набора взаимосвязанных технологических параметров многосекционного реакторного блока [1; 3].
Многостороннее исследование функционирования рассматриваемой технологической установки показывает, что из-за сложности, а иногда даже невозможности учета ряда важных трудноформализуемых и неформализуемых факторов, таких как, например, химический состав поступающего на установку сырья, активность используемого катализатора в технологической системе, степень превращения низкооктановых компонентов в высокооктановые в каждом из рассматриваемых реакторов и октановое число промежуточного товарного продукта, результаты математического моделирования и оптимизации нередко получаются неадекватными текущей ситуации в данной технологической системе.
Причина невозможности учета перечисленных качественных и режимных параметров реакторного блока в процессе управления связана с отсутствием в настоящее время не-
Меликов Э.А. Концепция разработки логико-лингвистического описания... 63
прерывных промышленных способов их контроля. Все это серьезно затрудняет проведение экспериментальных работ по сбору необходимого объема статистического материала для моделирования и управления данным процессом.
Из всего этого становится ясно, что степень неопределенности, которая возникает при принятии решения в процессе управления риформингом, относится к классу размытых множеств, поэтому была поставлена задача разработать его логико-лингвистическую модель и алгоритм управления [2; 4]. Исследования, проведенные на установке каталитического риформинга, показали, что с течением времени активность катализатора падает вследствие отложения на нем кокса и нарушения хлоридного баланса, так как хлор играет важную роль в создании активной поверхности катализатора, поверхностных комплексов, обеспечивающих стабильную работу катализаторов в жестких условиях процесса.
Для того чтобы в некоторой степени восстановить активность катализатора, проводят его регенерацию. Падение активности катализатора сильно влияет на технологический процесс, снижая октановое число целевого продукта (риформата) и повышая температуру в реакторах. В процессе анализа поведения катализатора в межрегенерационный период была изучена динамика изменения температурного режима работы реакторов каждой секции. Установлено, что со временем происходит рост температуры, обусловленный необходимостью сохранения реакционной способности катализатора, несмотря на падение его общей активности.
Проведенный анализ динамики изменения температурного режима в реакторах платформинга показал, что период между регенерациями делится на три стабильных как по продолжительности, так и по изменению температур (в пределах 7 °С) подпериода; можно сделать вывод о том, что, ввиду незначительного изменения температуры в реакторах, активность катализатора для каждого из рассматриваемых подпериодов можно считать неизменной.
Следовательно, каждый подпериод характеризуется определенными температурными режимами, зависящими от количества и качества используемого сырья, причем данные режимы позволяют добиться желаемого качества целевого продукта. Кроме того, по окончании одного подпериода осуществляется переход на другой режим работы реакторного блока, соответствующий новому условному значению активности катализатора.
В результате исследования установки риформинга были выбраны следующие технологические параметры, необходимые для управления рассматриваемым технологическим процессом: температура в первом реакторе T 1 , температура во втором реакторе T 2 , температура в третьем реакторе T 3 , температура в четвертом реакторе T 4 , удельный вес сырья γ, расход сырья (фракции 85÷120 °С) и октановое число промежуточного товарного продукта (платформата) Oп .
Для построения логико-лингвистического описания рассматриваемого технологического процесса были приняты следующие лингвистические переменные (ЛП): T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , γ, Fc и Oп . Для каждой ЛП были определены терм-множества и соответствующие им функции принадлежности.
Следует отметить, что при построении функции принадлежности для каждого значения терма вышеперечисленных ЛП мы придерживались алгоритма, состоящего из четырех основных шагов.
64 Выпуск 1/2019
Шаг 1. Определение минимально необходимого множества термов на основе формального опыта лица, принимающего решение, и дальнейшее их уточнение в процессе управления рассматриваемым технологическим объектом.
Шаг 2. Согласование носителей этих термов на основе технологических (регламентных) требований, а также знаний и опыта лица, принимающего решение.
Шаг 3. Тщательный экспертный опрос лица, принимающего решение, с целью сбора и накопления необходимых экспериментальных данных для эмпирического построения кривой функции принадлежности принятых термов для каждой из выделенных ЛП.
Шаг 4. Построение эмпирической кривой функции термов для выяснения вида функции принадлежности и расчет на компьютере параметров функции принадлежности полученного типа (а в рассматриваемом случае таким типом функции принадлежности оказался экспоненциальный вид).
Построенные функции принадлежности ЛП технологической установки каталитического риформинга представлены в таблице.
Функции принадлежности ЛП технологической установки каталитического риформинга
|
Имя ЛП |
Область изменения параметра |
Терм-множества ЛП |
Функции принадлежности термов |
|
Температура в первом реакторе T 1 , °С |
480÷500 |
Малое (480÷486,5); среднее (486,5÷493); большое (493÷500) |
3 ™ ( y 1 ) = exp( - T^in( 1/2 ) y 1 - 483,25 ); , 3 c ( y i ) = e xp ( - T17ln ( 1 / 2 ) y i - 489,75) ; ,5 З в ( У i ) = ex P ( - ^ln ( 1/2 ) У i - 483,25) 3, 5 |
|
Температура во втором реакторе T 2 , °С |
480÷505 |
Малое (480÷488); среднее (488÷496); большое (496÷505) |
3 ™ ( y 2 ) = exp ( - 0,025ln ( 1 / 2 ) | y 2 - 484| ) ; p 0 ( y 2 ) = exp ( - 0,25ln ( 1/2 )| y 2 - 492| ) ; З в ( У 2 ) = e xP ( - yrln ( 1/2 ) У 2 — 500,5) 4, 5 |
|
Температура в третьем реакторе T 3 , °С |
480÷510 |
Малое (480÷490); среднее (490÷500); большое (500÷510) |
3 ™ ( y 3 ) = exp (- 0,2l n ( 1/2 ) y 3 - 485 ) ; 3 c ( y 3 ) = exp (- 0,2ln ( 1/2 ) y 3 - 495 ) ; 3 6 ( y 3 ) = exp (- 0,2ln ( 1/2 ) y 3 - 505 ) |
|
Температура в четвертом реакторе T 4 , °С |
485÷515 |
Малое (485÷495); среднее (495÷505); большое (505÷515) |
3 ™ ( y 4 ) = exp (- 0,2ln ( 1/2 ) y 4 - 490 ) ; 3 c ( y 4 ) = exp (- 0,2l n ( 1/2 ) y 4 - 510 ) ; 3 = ( У 4 ) = ex P (- 0,2ln ( 1/ 2 ) У 4 - 510 ) |
Меликов Э.А. Концепция разработки логико-лингвистического описания... 65
Окончание табл.
|
Имя ЛП |
Область изменения параметра |
Терм-множества ЛП |
Функции принадлежности термов |
|
Удельный вес сырья γ |
0,78÷0,80 |
Малое (0,78÷0,785); среднее (0,785÷0,79); большое (0,79÷0,80) |
ц ( x 1 ) = exp ( - 25ln ( 1 / 2 )1 x 1 - 0,7825| ) ; ц ( x 1 ) = exp ( - 25ln ( 1 / 2 )| x 1 - 0,787| ) ; ц ( x 1 ) = exp ( - 25ln ( 1 / 2 )| x 1 - 0,795| ) |
|
Расход сырья (фракции) 85÷120 °С F c |
70÷110 |
Малое 70÷80; среднее 80÷90; большое 90÷110 |
ц ( x 2 ) = exp ( - 0,2ln ( 1/2 )| x 2 - 75| ) ; ц ( x 2 ) = exp ( - 0,2ln ( 1/2 )| x 2 - 85| ) ; ц ( x 2 ) = exp ( - 0,1ln ( 1/2 ) x 2 - 100 ) |
|
Октановое число платформата Oп |
94÷100 |
Очень малое (94÷95); малое (95÷96); ниже среднего (96÷97); среднее (97÷98); большое (98÷100) |
p ( x 3 ) = exp ( - 0,5ln ( 1/2 ) x 3 - X 3 3 ) |
Приведенные логико-лингвистическая модель и алгоритм применимы к решению задачи оптимизации процесса каталитического риформинга. Применение полученной размытой модели и алгоритма оптимизации рассматриваемого технологического процесса показало, что предлагаемый подход обеспечивает надежные и оптимальные технологические режимы установки риформинга, практичные для реализации их на компьютере.
Список литературы Концепция разработки логико-лингвистического описания установки каталитического риформинга
- Алиев Р.А., Эфендиев И.Р., Абилов Ю.А. Нечеткие модели и алгоритмы управления многостадийными ХТС в условиях неполной информации // Теоретические основы химической технологии. 1986. № 1. C. 45-55.
- Ibrahimov I.A., Efendiev I.R., Kopysitcky V.T., Melikov E.A. The methods of simulation and optimal control in Fuzzy Environment for technological processes: Proceedings of the International Conference on Application of Fuzzy Systems. ICAFS-94. Iran, 1994. P. 15-23.
- Dibois D., Prade H. Fuzzy Sets and Systems. 2009. Vol. 2. P. 77-88.
- Nizimoto M., Tanaka K. Algebraic properties of fuzzy numbers process. Fuzzy Sets and Systems: Theory and Application, 2007. P. 56-69.
