This paper describes the scheme that has been developed for the optimal control of the process of pyrolysis for different types of hydrocarbon feedstock in the four-flow pyrolysis furnace at the Sumgait Ethylene-Polyethylene plant; the scheme is based on the use of a complex parameter of the process, i.e., the pyrolysis intensity function. The algorithm for this control has been constructed. In the paper, the results of optimal control of the process of propane pyrolysis, ethane pyrolysis, and pyrolysis of ethane together with the butane-butylene fraction are presented in accordance with the scheme being developed using the intensity function that corresponds to each process. Optimal values of the intensity function were found from the results of calculations carried out using the mathematical model of each process. The extended expression for the intensity function has been formulated and, with its use, it is possible to control the process both in the case of the change in the flows of feedstock and steam and the change in the inlet temperature, as well as in the case of the change in the feedstock composition.

Представлена разработанная схема оптимального управления процессом пиролиза разных видов углеводородного сырья в четырехпоточной пиролизной печи сумгаитского завода “Этилен–Полиэтилен”, основанная на использовании комплексного параметра процесса – функции жесткости. Составлен алгоритм этого управления. Представлены результаты оптимального управления процессом пиролиза пропана, этана и этана совместно с бутан-бутиленовой фракцией по разработанной схеме с помощью соответствующей каждому процессу функции жесткости. Оптимальные значения функции жесткости находились на основании результатов расчетов, проведенных по математической модели каждого процесса. Составлено обобщенное выражение функции жесткости, с помощью которого возможно управлять процессом как в случае изменения расходов сырья, пара и входной температуры, так и при изменении состава сырья.

A general technique was developed for optimal designing pyrolysis with feedback of hydrocarbons C2-C4 and their mixtures. Based on this technique, we carried out a study of industrial processes of pyrolysis of propane, ethane, and ethane with the butane-butylene fraction, developed their complete mathematical models that reflected the peculiarities of recycling, and on the basis thereof we defined optimal regimes of governing by these processes that differed significantly from those used in industry. We suggested new ways of governing by all three processes. The use of these ways will allow getting a significant profit by “Ethylene-Polyethylene” plant (Sumgayit). We demonstrated advantages of carrying out pyrolysis of various raw materials with recycling of unreacted raw materials compared with its conducting without recycling.

Проведено сравнение результатов расчета по математической модели промышленного процесса пиролиза этана, осуществляемого на заводе “Этилен-Полиэтилен” г. Сумгаита при средней постоянной теплонапряженности радиантного змеевика, с результатами расчета этого же процесса, но с использованием предлагаемого метода позонного подвода топливного газа. Приводится разработанное математическое описание промышленного процесса с обратной связью. По найденным согласно математической модели оптимальным значениям теплонапряженностей для каждой зоны определялись оптимальные количества топливного газа, которые необходимо подвести к каждой зоне для обеспечения максимальных выходов целевых продуктов. Результаты сравнения предлагаемого метода ведения процесса с принятым в промышленности говорят о преимуществах подвода топливного газа по зонам змеевика. При этом происходит значительная экономия топливного газа и более высокий выход целевых продуктов, что в итоге дает заводу ощутимую прибыль. Приводится выражение для определения оптимального количества топливного газа, подводимого к каждой зоне, даже при изменении условий на входе в реактор – загрузки и входной температуры, что позволит оперативно управлять процессом.

The calculated results from the mathematical simulation of an industrial ethane pyrolysis process carried out at the Ethylene-Polyethylene Works in Sumgait under the average constant thermal stress of radiant coil were compared with the results calculated for the same process but using the suggested method of zoned fuel gas supply. The derived mathematical description of the industrial feedback process is given. The optimum thermal stress values calculated from the mathematical model for each zone were used to calculate the optimum fuel gas supplies to each zone, providing the maximum yields of the target products. The results of the comparison of the suggested method of conducting the process with that accepted in industry are evidence of the advantages of the fuel gas supply by the coil zones. This essentially saves fuel gas and provides a higher yield of the target products and results in a higher profit for the company. An expression is given to calculate the optimum fuel gas supply to each zone, even under variable reactor inlet conditions (loading and inlet temperature), which allows for the effective control of the process.