Control policies for an industrial acetylene hydrogenation reactor

Authors

  • Michael W. Brown,

    1. Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
    Current affiliation:
    1. Treiber Controls Inc., 390 Bay Street, Suite 1200, Toronto, Ontario. Canada
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  • Alexander Penlidis,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
    • Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
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  • Gerald R. Sullivan

    1. Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1
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Abstract

This paper addresses the problem of finding optimal operational policies for an acetylene reactor for day to day operation. A lumped parameter model based on four main reactions is developed and used to examine the effects of the reactor manipulated variables on key reaction parameters. An optimal and a sub-optimal operational policy which minimize the ethylene loss over time are formulated and the solution techniques are presented. The results indicate that the reactor model is in good agreement with industrial plant data. The performance of the optimal control policy is very similar to the performance of the sub-optimal control policy. However, the sub-optimal formulation, while retaining the dominant features of the optimal response, reduces the computational requirements. Finally, some issues concerning the real-time implementation of an advanced acetylene reactor control scheme are presented. These include the estimation of the optimum regeneration cycle, a recursive model update algorithm, the process optimizer and their overall coordination. A preliminary analysis of the benefits associated with the advanced control scheme suggests a considerable reduction in the yearly ethylene loss.

Abstract

On se propose dans cet article de trouver des stratégies de fonctionnement optimales pour un réacteur d'acétylène utilisé quotidiennement. On a mis au point et appliqué un modèle à paramètre global basé sur quatre réactions principales pour examiner les effets des variables du réacteur manipulées sur les principaux paramètres de réaction. Une stratégie de fonctionnement optimale et une stratégie sous-optimale qui minimisent la perte d'éthylène dans le temps sont formulées et les techniques de solution présentées. Les résultats indiquent que le modèle de réacteur montre un bon accord avec les données industrielles. La performance de la stratégie de contrôle optimale est très semblable à celle de la stratégie de contrôle sous-optimale. Cependant, la formulation sous-optimale, alors qu'elle conserve les caractéristiques de la réponse optimale, réduit les besoins de calcul par ordinateur. Enfin, on présente certains problèmes concernant l'application en temps réel d'un schéma de contrôle avancé pour un réacteur d'acétylène. Cela comprend l'estimation d'un cycle de régénération optimum, un algorithme mis à jour du modèle récurrent, l'«optimisateur» de procédés et leur coordination générale. Une analyse préliminaire des avantages associés aux schéma de contrôle avancé suggère une réduction considérable de la perte annuelle d'éthylène.

Ancillary