连续聚合过程中产品牌号过渡的优化

以流化床乙烯气相聚合工艺为例建立了产品牌号切换模型 ,通过同时优化聚合温度、氢气和共聚单体的浓度、催化剂流率和料位高度等 5个操作变量的变化轨迹 ,使产品牌号的切换时间最短 ,过渡料数量最少 .研究表明 ,聚合温度、氢气和共聚单体的浓度对树脂性能指标的控制起主要作用 .为了减少过渡料的数量 ,一般均需降低催化剂流率和料位高度 .通过在目标函数中增加熔流比控制项可以抑制操作变量的剧烈调节 ,达到控制分子量分布的目的 .同时发现 ,产品牌号的正向和反向切换所得到的操作变量的最优轨迹很不相同 ,反映了系统的非线性     

连续聚合过程中多牌号产品过渡的生产调度最优化

应用连续聚合过程中牌号切换的最优化模型，提出了以目标函数值为判别依据的多牌号切换的最优化调度策赂。对多牌号树脂的生产系统进行了调度最优化的仿真研究，并在安全生产的前提下，以动态规划的方法考察了6个聚乙烯树脂牌号的生产调度，计算了树脂牌号的最优生产序列以及相应的过渡料数量和过渡时间，并分析了计算结果的合理性。     

迭代动态规划在树脂牌号切换最优化模型中的应用

本文运用迭代动态规划求解牌号切换模型的最优化问题,有效地避免了运用一般方法求解系统最优化问题时的Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ－Ｂｅｌｌｍａｎ方程以及高维系统可能出现的计算量激增的问题,成功地解得树脂牌号切换过程产生的过渡料数量最少时聚合温度、氯气和共聚单体的浓度、催化剂流率和料位高度等５个操作变量的最优轨迹。     

基于催化剂颗粒停留时间分布的双峰聚乙烯牌号切换优化

针对环管-流化床串联的Borstar双峰聚乙烯工艺,建立了包括催化剂切换在内的双反应器串联牌号切换模型,使产品牌号的切换时间最短、过渡料数量最少。同时,推导了双反应器串联工艺中,存在催化剂切换时各反应器内聚合物的瞬时与累积性能指标（熔融指数与密度）的模型。研究表明,对于涉及催化剂切换的牌号切换,最优策略是采用催化剂分步进料方式,综合考虑新旧催化剂对操作参数的不同要求及各反应器内残留原催化剂比重对最终产品性能的影响,从而达到明显缩短切换时间、有效抑制操作变量急剧变化、平缓产品性质变化轨迹的优化目的。     

浆液法聚乙烯连续聚合过程中牌号过渡的优化

针对淤浆法乙烯聚合工艺串联生产过程,以切换时间最短和产生废料量最少为目标,对“反应釜-反应釜-造粒机”三者串联过程,建立了包括后处理过程在内的牌号切换优化模型.并利用迭代动态规划法对目标函数求解,得到各反应釜中聚合温度、氢气与乙烯单体浓度比(［H₂］/［C₂］)、共聚单体丁烯与乙烯单体浓度比(［C₄］/［C₂］)、催化剂进料流率4个操作变量和聚合物产品各性能指标的变化轨迹以及造粒机中聚合物熔融指数(MI)的变化轨迹.研究表明,聚合物的性能指标由反应过程和造粒过程共同决定.在目标函数中考虑造粒过程的影响后,能够有效抑制操作变量的剧烈变化,使其变化轨迹趋于平缓,保证切换生产过程的安全进行.     

双峰聚乙烯生产技术的优化

分析了双峰聚乙烯装置运行中存在的主要问题,根据双峰工艺技术特点,从流化床参数控制、产品牌号切换、催化剂切换、在线色谱分析等方面采取了优化措施。严格控制流化床的乙烯分压和乙烯分压的增长速率、1-丁烯的加入速率、流化密度、流化速率、气相反应器入口温度以及反应温度变化率,并对在线色谱进行改造,增加了一个旋风分离器。通过优化,提高了流化床参数控制的稳定性,避免了块料的产生,实现了长周期运行的目标。     

Dynamics and stability of ethylene polymerization in multizone circulating reactors

Multizone circulating bed reactors (MZCR) have the exclusive characteristics of producing polymers of different molecular weights in a single particle. Traditional fluidized bed reactors, on the other hand, can produce only one kind of molecular weight with relatively narrow distribution. A dynamic model for the MZCR is used to illustrate the basic dynamic behavior of the new reactor design used for polyethylene production. The model is used to study the copolymerization of ethylene with butene. Several parameter sensitivity analyses are performed to show the computer-simulated time responses for reactor temperature, number-average molecular weight, weight-average molecular weight, catalyst feed rate and the monomer/comonomer concentration along the reactor length. At certain operating conditions dynamic instability is observed and the results for the effect of cooling water temperature, catalyst feed rate, monomer and comonomer initial feed concentration on the reactor temperature and polymer molecular weight reveal that the system is very sensitive to disturbances in the heat exchanger coolant temperature. Also, at some operating conditions, the reactor temperature oscillates above the polymer melting temperature. Temperature runaway above polymer softening point is a serious problem which may cause polymer melting and hence reactor shutdown. The oscillatory behavior of the reactor temperature necessitates a suitable temperature control scheme to be installed.     

带路径约束的聚烯烃牌号切换操作优化方法

产品多样化需求使得聚烯烃生产过程中经常需要进行牌号切换操作。以往关于牌号切换优化的研究大多只关心切换过程结束后聚合物质量指标是否达到目标牌号值,对过渡过程中质量指标及状态变量的波动情况缺少关注,而过程的波动会影响到最终产物的质量性质和操作平稳性。为此,本文以聚乙烯气相流化床反应器为对象,通过在牌号切换优化命题中加入关于熔融指数等的路径约束,防止过渡过程中的状态变量剧烈波动影响聚合物树脂质量。为求解此类带路径约束的动态优化问题,对常规的控制变量参数化方法进行了改进,通过求解微分代数方程(DAE方程)将路径约束转化为控制变量约束。仿真结果表明,加入路径约束可以有效避免牌号切换中变量的剧烈波动,增强过程平稳性。     

气相法聚乙烯冷凝模式操作的模拟研究(Ⅰ) 反应器运行状态的分析

建立了气相法聚乙烯冷凝模式操作反应器的两相模型 .模型涉及气泡相和乳化相中的热量和质量守衡、乳相和泡相之间的热量传递和质量传递、乳相中的聚合反应以及乳相中粒子的停留时间分布等 .通过模型研究了常规操作和冷凝操作时操作变量和反应器运行状态变量之间的关系 .模型模拟结果与工业的常规操作和冷凝操作数据符合较好 .得到了冷凝操作时时空收率、低温区域、聚合物灰分等的变化规律以及催化剂特性对冷凝操作的影响规律 .提出了适合于冷凝操作的催化剂类型     

Heterogeneous Reactor Modeling of an Industrial Multitubular Packed‐Bed Ethylene Oxide Reactor

The one‐dimensional heterogeneous model of an industrial multitubular packed‐bed ethylene oxide (EO) reactor was developed using the equation‐oriented platform Aspen Custom Modeler. Reactor operation was optimized in terms of maximized EO production and selectivity and enhanced safety related to the presence of oxygen in the EO reactor. Good agreement was found between the model results during validation against the available information under identical operating conditions. The model predicts the behavior of the EO reaction and demonstrates the extent of catalyst utilization with product distribution, product yield, by‐product formation, temperature and concentration profiles, over time and along the length of the reactor or catalyst bed. The model sensitivity studies compute the optimum feed flow, oxygen concentration, feed pressure, etc. and suggest the best operational philosophy.     

乙炔加氢反应器全周期操作优化

乙炔加氢反应器作为乙烯工业流程的重要环节,其运行会很大程度上影响到乙烯产品的产量和纯度。在一个运行周期内,乙炔加氢反应器内催化剂活性会随时间推移而缓慢降低,使操作点偏移,乙烯产量会随之降低。为了实现全周期操作优化,通过研究催化剂的失活机理,提出了考虑绿油累积效果的催化剂失活动力学模型,进而改进了乙炔加氢反应器二维非均相模型。通过在gPROMS平台模拟反应器全周期运行验证了改进模型的正确性,在上层运用Matlab优化器与gPROMS平台交互求解一个运行周期的操作优化问题。优化结果表明,与定值温度补偿方案相比,全周期操作优化在经济效益和反应器再生周期两方面都要优于定值温度补偿方案,且同时优化入口温度与入口加氢量的全周期操作优化方案具有更大的优势。     

具有不确定性的聚烯烃牌号切换过程动态优化

聚烯烃生产经常需要进行牌号切换操作,最优牌号切换策略能在保证生产安全的前提下减少切换过程中的经济损失.由于实际生产中存在不确定性,基于理论模型的最优解无法保证最优的切换结果,甚至使牌号切换失败.对此,有学者将最优性条件校正策略引入牌号切换问题中,在克服不确定性方面体现出较好效果.从最优输入轨迹中提取合理的解模型是校正策...     

Dynamic mathematical modeling of a novel dual-type industrial ethylene oxide (EO) reactor

In this paper, the dynamic behavior of a novel dual-type industrial ethylene oxide reactor has been proposed with taking catalyst deactivation into account. The configuration of two catalyst beds instead of one single catalyst bed is developed for conversion of ethylene to ethylene oxide. In the first reactor which is an industrial fixed-bed water-cooled reactor, the feed gas is partly converted to ethylene oxide. This reactor functions at very high yield and at a higher than normal operating temperature. In the second converter, the reaction heat is used to preheat the feed gas to the first reactor and a milder temperature profile is observed. The potential possibilities of a two-stage catalyst bed system are analyzed using a 1D heterogeneous dynamic model to obtain necessary comparative estimates. A differential evolution (DE) algorithm is applied as an effective and robust method to optimize the reactors length ratio. The results obtained from the simulation demonstrate that there is a desirable catalyst temperature profile along the dual-type reactor (DR) compared with the conventional single-type reactor (SR). In this way, the catalysts are exposed to less extreme temperatures and thus, diminishing the catalyst deactivation via sintering. Results from this study provided beneficial information about the effects of reactors configuration on catalyst lifetime and ethylene oxide production rate simultaneously.     

稳态反应模型在气相聚乙烯反应器中的应用

通过对气相流化床聚乙烯工艺稳态反应模型的应用进行分析，讨论了中间控制参数温度、氢气乙烯摩尔比、共聚单体乙烯摩尔比、催化剂产率等输入变量对反应器输出变量树脂性能－熔体流动指数（MI）的影响。选择工业实例，对系统出现波动后人工调控MI与利用稳态反应模型的计算机调控MI的过程分别进行了计算，并对2种调控过程进行了比较，证明了稳态反应模型在工业质量控制中的优越性。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的乙烯裂解炉操作优化

现有的乙烯裂解炉优化通常只针对两个目标函数即产物乙烯和丙烯的收率，并且采用遗传算法的收敛效果一般，故提出一种基于改进NSGA-Ⅱ算法来研究一个多目标运行的解决方案，以此来解决乙烯裂解炉的固定周期操作优化问题，即在增大产物乙烯和丙烯收率的同时减少原料以及蒸汽流量来提高整体运行状况。把具体问题量化为数学模型，分析了原料气烃比、原料流量、出口温度对乙烯和丙烯收率的影响。实验结果表明，相较于原有操作条件，提出的优化方案具有良好的可行性。     

XY-S型催化剂在全密度聚乙烯装置上的应用

从流化床反应器基本工艺出发,通过对反应过程中的乙烯分压,n(H2)/n(C2H4),n(C4H8)/n(C2H4),两种催化剂质量比等的调整,反应器静电、流化床上下部的线型低密度聚乙烯(LLDPE)质量比、松密度、反应压力等参数均受控。催化剂活性随着XY-S型催化剂加入比例的增大而下降,w(XY-S)为100%时,催化剂平均活性达6.572 t/kg,与w(XY-S)为50%,70%相比,催化剂活性下降了14.3%～18.7%。产品合格率达100%,国产XY-S型催化剂在全密度聚乙烯装置上成功应用,基本满足装置长周期运行,达到了降低生产成本和催化剂国产化的目的。     

苯乙烯工业预聚过程牌号切换策略研究

对苯乙烯热引发工业预聚动态过程进行了模拟，反应器出口固含量以及聚合物重均分子量的模拟结果与工业装置采集数据的误差在5％以内。考察了反应温度、进料流量、进料配比对单体转化率和聚合物重均分子量的影响规律，其中反应温度对单体转化率和聚合物重均分子量的影响最大，进料流量次之。据此提出了多个牌号切换过程的策略，并与工业切换方案及温度阶跃变化方案进行比较。结果表明温度过调策略可以使过渡时间缩短和减少过渡料。最优切换策略的过渡时间和过渡料较工业切换方案减少了81．3％而较温度阶跃变化方案减少了47．5％。     

气相流化床聚乙烯颗粒粒径分布的定制

基于气相法聚乙烯流化床反应器颗粒粒径分布的预测[1],提出了颗粒粒径分布定制模型.通过模型的优化计算,可得到催化剂粒径及其分布、操作气速、反应温度、乙烯浓度和丁烯浓度等生产操作参数,由此进行生产可获得具有良好流态化特性的聚乙烯颗粒粒径分布,能为生产具有特定粒径分布的聚乙烯颗粒提供理论指导.模型由工业装置的生产数据分析了计算结果的合理性.最后,以三种粒径分布的聚乙烯颗粒为例讨论了模型的可行性.同时,运用粒子群优化算法求解模型的非线性规划问题,算法具有调整参数少、收敛速度快和全局优化等优点.     

Effect of Polymer Particle Size and Inlet Gas Temperature on Industrial Fluidized Bed Polyethylene Reactors

Static and dynamic bifurcation behaviors dominate the operation of fluidized bed catalytic reactors for the production of polyethylene (UNIPOL Process) and have important implications on the safe operating temperature and polyethylene production rate. The investigations show that the multiplicity of the steady state phenomenon covers a wide range of parameters together with the phenomenon of periodic oscillations with sharply changing amplitudes with a change of the chosen bifurcation parameter. In some cases, the periodic branches terminate through periodic limit point (PLPs), while in other cases it terminates homoclinically. A detailed parameteric investigation using two-parameter continuation diagrams for the loci of static and Hopf bifurcation points as well as one parameter bifurcation diagrams shows that it is possible to increase the productivity of the unit considerably without exceeding the constraints of the polymer melting point. Gas feed temperature, catalyst feed rate, and polymer particle size distribution are important operating parameters in polyethylene fluidized bed reactors. Gas velocity plays a significant role in keeping the fluidized bed bubbling in addition to the fact that it acts as a cooling media by removing excess heat generated from the polymerization reaction. The kinetic behavior of the catalyst and effect of reactor temperature on product properties require, in some cases, operating just below the softening point of the polymer which requires a suitable controller to avoid polymer melting.     

变换工段水气比的选择与节能

根据QDB-04型催化剂在各企业的应用数据,研究了原料气中的CO含量和水气比对变换反应深度、催化剂床层热点温度、催化剂反硫化的影响,分析了QDB-04型催化剂对不同气化工艺制取的不同水气比原料气的适应性。针对高CO含量、高水气比原料气变换系统存在的问题,开发了废热锅炉+两段低水气比耐硫变换专利技术和分层进气的反应器专利技术,稳定了变换操作,显著降低了蒸汽用量,确保装置连续长周期运行。