MTO烯烃分离过程的多目标操作优化

现代煤化工中，甲醇制烯烃 （MTO） 是一个非常重要的装置。其烯烃分离过程面临着原料变动大、烯烃产品损失以及较高的公用工程消耗等问题。这就需要在满足产品规格和需求的情况下，优化操作条件以实现最大效益。以Lummus前脱丙烷的烯烃分离工艺为研究对象，以增加乙烯与丙烯的总收率和降低总能耗为优化目标，对该工艺流程进行建模模拟与多目标优化。采用非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行多目标优化的求解，实现了15个操作变量的同时优化。在维持产品收率不变的前提下，可通过降低脱丙烷塔、脱乙烷塔和1^#丙烯精馏塔的回流比等优化措施找到了当前最优操作点。结果表明，该最优操作点与现有操作点相比可降低20 MW能耗。通过对决策变量的综合分析，确定了不同目标权衡下对应的各个操作变量的优化区间，发现精馏塔可以在多个最佳操作区间内运行。     

华北C4液化气芳构化的研究

以华北C₄液化气和华北C₄液化气与中国石油兰州石化公司炼油厂FCC汽油为原料，采用小型固定流化床为芳构化反应装置，考察了反应温度和空速对华北C₄液化气芳构化产物收率、转化率、马达法辛烷值、研究法辛烷值、液体产品组成的影响规律和华北C₄液化气与中国石油兰州石化公司炼油厂FCC汽油的不同进料形式对芳构化反应的影响。实验结果表明，随反应温度的升高，干气、液化气和焦炭收率呈上升趋势，而汽油和柴油收率呈下降趋势，液体产物的马达法辛烷值和研究法辛烷值随反应温度的升高先增大后减小，当温度为430 ℃时，马达法辛烷值和研究法辛烷值存在最大值；随着空速的增加，干气和液化气的收率逐渐增加，而汽油、柴油和焦炭的收率呈缓慢下降的趋势；华北C4液化气的转化率均在97%以上，且随空速的升高而逐渐增加；液体产物的马达法辛烷值和研究法辛烷值随空速的升高先增加后减少，在空速（1～9） h^－1内存在最大值。华北C₄液化气芳构化实验室内的最佳操作条件：反应温度（430～450） ℃，空速（3～5） h^－1。对于华北C₄液化气与中国石油兰州石化公司炼油厂FCC汽油混炼而言，先通入汽油后通入液化气的汽油和柴油收率和液体中的芳烃含量明显高于液化气和汽油同时进料和先通入液化气后通入汽油。     

基于全流程模拟的催化裂化装置多目标优化

应用流程模拟软件Petro SIM对催化裂化装置进行了全流程模拟,采用平均影响因子法从15个独立可调的变量中筛选出7个影响产品分布的主要优化变量,以各产品质量指标为约束,建立了液化石油气和汽油产量最大化的双目标优化模型,应用多目标列队竞争算法对该优化模型求解,所得Pareto最优解集揭示了液化石油气、汽油和柴油产量的分布规律. 根据市场对不同产品需求的变化,确定了5种优化操作方案,调整催化裂化装置的多产品方案.     

萃取蒸馏脱除油品中硫的过程模拟与优化

汽车尾气严重污染环境,为了生产满足环保法规的硫含量低于10μg/g的汽油,提出了在传统的萃取蒸馏中以有机溶剂+离子液体（IL）为复合萃取剂的脱硫法。以与真实催化裂化（FCC）汽油组成及物性相近的模型油为模拟汽油,利用COSMO-RS模型计算了30种常见IL对环己烷-噻吩的选择性和溶解能力,筛选出用于萃取蒸馏脱硫添加剂的最佳离子液体为[EMIM][BF₄]。通过Aspen Plus软件以N-甲酰吗啉（NFM）+[EMIM][BF₄]为复合萃取剂进行了汽油脱硫的工艺流程模拟与优化。优化结果为萃取剂由NFM（质量分数98%）和[EMIM][BF₄]（质量分数2%）构成,萃取蒸馏塔质量回流比R=0.4,剂油质量比S/F=1,采出率为70%。模拟结果表明：萃取蒸馏可高效地脱除苯并噻吩、硫醚及噻吩类硫化物,上述硫化物总量可从1581μg/g降低至5.37μg/g,脱硫率达98.1%,质量收率为70%,体积收率为75%。此外,通过对比计算值与文献中实验值,验证了COSMO-RS预测IL热力学性质、UNIFAC预测有机硫化物-烃类汽液相平衡的准确性和模拟工艺流程的可靠性。     

催化裂化用新型高效雾化进料喷嘴的研制与工业应用

介绍了BWJ(Ⅲ)型流化催化裂化（FCC）用新型高效雾化进料喷嘴的研制和工业应用。工厂应用标定表明,采用该新型喷嘴,生焦率降低0.95%,干气收率降低0.475%,液体收率（液化气+汽油+柴油）提高1.432%,雾化蒸汽用量有所降低,说明喷嘴的雾化性能较好,经济效益显著。     

吸收稳定系统节能流程的开发

基于某炼厂0.8Mt/a催化裂化装置的现场数据,在流程分析和工艺模拟的基础上,研究开发了吸收稳定系统节能型工艺流程,并综合比较了各工艺流程的处理效果。研究结果表明:采用吸收塔预平衡流程、二级冷凝流程和复合流程后,吸收稳定系统综合能耗每年分别减少4.55%、11.79%、17.82%,具有显著经济效益;吸收塔预平衡流程干气流率得到降低,二级冷凝流程及复合流程干气质量得到提高,因此有利于回收干气中重组分;二级冷凝流程和复合流程有利于提高总C3回收率,吸收塔预平衡流程和复合流程有利于提高总C4回收率;吸收塔预平衡流程有利于提高液化气和稳定汽油收率,二级冷凝流程液化气流率略微降低,稳定汽油收率略微增加。     

溶剂油分离流程模拟优化设计

溶剂油是石油化工重要产品,其生产基本由精馏分离序列完成,通过优化精馏序列内分离任务和操作参数可有效提高各类溶剂油产品收率,降低单位产品能耗。在流程模拟软件Aspen Plus中建立溶剂油分离模拟流程,利用DUSTWU简洁计算模型确定各个精馏塔的初值,之后使用RADFRAC严格计算模型,利用单因素变量法对主要精馏塔的工艺参数进行调整和优化。研究主要操作参数,如回流比、进料位置和采出量等对于精馏塔能耗的影响,最终得到最适宜的溶剂油分离流程。     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径（D_d）、排气口直径（D_e）、入口速度（V）为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10 μm的颗粒群,推荐最优参数组合是D_e/D=0.35、D_d/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10 μm粒径的结构提供有利的依据。     

ZSM-5分子筛的复合改性及催化裂化性能

针对催化裂化反应中提高汽油辛烷值和增加丙烯收率，对择形分子筛ZSM-5的改性方法进行研究。通过磷、钴和稀土的复合改性，不仅提高改性元素磷的利用率，而且加强分子筛裂化汽油中C₅、C₆烯烃以及异构化和芳构化能力，达到增产丙烯同时生产清洁汽油的目的。小型固定流化床评价结果表明，常规FCC催化剂中添加复合共沉淀法改性分子筛制备的催化剂助剂后，液化气产率提高3.22个百分点，丙烯收率提高1.52个百分点以上，汽油研究法辛烷值提高2个单位以上。     

离子液体萃取剂萃取精馏分离丙酸甲酯+甲醇共沸物

以离子液体(ILs)[BMIM][NTF₂]和[HMIM][NTF₂]为萃取剂，萃取精馏分离丙酸甲酯+甲醇共沸物，通过分子模拟分析了ILs促进目标共沸物的分离机理；基于汽液平衡实验数据，获得新的NRTL热力学模型参数；选用常规的二组分双塔分离流程，实现了目标共沸体系的分离。作为对比，同时构建了以苯酚为萃取剂的萃取精馏和变压精馏流程。基于Aspen Plus软件平台，分析了上述各流程分离单元主要操作参数对分离过程性能的影响，考察并对比了各流程能耗、年总成本(TAC)和碳排放。结果表明：离子液体工艺可实现丙酸甲酯+甲醇共沸物的有效分离，产品纯度达到99.9%(质量分数)，[HMIM][NTF₂]工艺与[BMIM][NTF₂]、苯酚及变压精馏工艺相比，TAC降低11.68%～43.68%、CO₂排放减少32.11%～68.46%。结果可为共沸物丙酸甲酯+甲醇分离新工艺设计及优化提供理论支撑和实际指导。     

重整C+9重芳烃高效分离技术研究

中国石化某分公司45万t/a芳烃抽提装置投产后,由于上游原料调整,造成二甲苯塔塔底组分终馏点一直较高,汽油调和组分发生变化,导致全厂汽油干点超标,为此,拟将C⁺₉重芳烃送至歧化与烷基转移单元生产二甲苯。目前,C⁺₉重芳烃无法满足进料要求,因此提出新增重芳烃塔、二甲苯塔新增侧线和二甲苯塔改造为分壁精馏塔3种解决方案。通过对C⁺₉重芳烃分离进行模拟,对比分离能耗和产品质量,确定二甲苯塔改造为分壁精馏塔作为C⁺₉重芳烃高效分离方案,同时进行单因变量优化研究。结果表明,回流比为4.4、隔板位置为隔板上方39层塔板处、侧线采出位置为32层塔板、气相分配比为1.024、液相分配比为0.313、进料位置为44层塔板时,C⁺₉重芳烃确定满足歧化与烷基转移单元进料要求,同时分离能耗最低。     

面向产品分布协调的两段提升管催化裂解多目标优化

根据两段提升管重油催化裂解过程工艺特点和经济运行要求,基于过程机理模型,考虑多种约束条件,构造了同时最大化丙烯、汽油产量以及最小化干气产量的多目标操作优化问题,并采用标准化法向约束方法求解获得了完整、均匀分布的Pareto最优解。仿真结果表明,多目标优化结果可以定量地描述出丙烯、汽油和干气收率间的最优折中,以及操作变量、约束条件对产品分布的影响,可以为过程优化操作提供指导。     

催化裂化装置提高液化气收率的工业试验

在催化裂化装置上进行了工业试验 ,考察了反应温度对液化气收率、汽油收率、柴油收率及汽油组成的影响。通过适当提高反应温度 ,提高了液化气的收率 ,优化了产品结构 ,保证了产品质量     

面向产品分布协调的两段提升管催化裂解多目标优化

根据两段提升管重油催化裂解过程工艺特点和经济运行要求，基于过程机理模型，考虑多种约束条件，构造了同时最大化丙烯、汽油产量以及最小化干气产量的多目标操作优化问题，并采用标准化法向约束方法求解获得了完整、均匀分布的Pareto最优解。仿真结果表明，多目标优化结果可以定量地描述出丙烯、汽油和干气收率间的最优折中，以及操作变量、约束条件对产品分布的影响，可以为过程优化操作提供指导。     

催化裂化模拟优化软件的工业应用

以催化裂化集总动力学模型为基础,开发了催化裂化模拟优化软件(FCCSW)。该软件可预测催化裂化主要产品分布、产品性质和最佳操作条件。FCCSW软件在工业催化裂化装置上得到了良好的验证和应用,以最小化柴油收率为优化目标,根据软件推荐的操作条件进行调整后,汽油收率提高1.46个百分点,液化气收率提高0.86个百分点,柴油收率降低2.91个百分点,降低装置柴汽比效果明显。     

双循环混合制冷剂天然气液化流程的优化模拟

为了降低天然气液化工厂中液化单元双循环混合制冷剂天然气液化流程(DMR)的功耗,文中采用化工过程模拟软件HYSYS建立了优化计算模型,该模型以系统最小功耗为目标函数,以混合制冷剂压力和配比为决策变量,选取了一种典型的天然气组分对DMR液化流程进行了优化模拟,得到了流程中各点的状态参数、最优操作参数和最优混合制冷剂配比。在优化过程中发现,优化的实质是:在满足各换热器最小温差情况下,通过对混合冷剂配比和流程参数的优化使各换热器内的平均换热温差尽可能减小。此外,在保证99.6%的高天然气液化率的情况下,文中得到流程的单位质量天然气的液化功耗为271 kW/t,液化■效率为45.4%,与国内现行的DMR流程功耗相比,能耗显著降低。     

碳五隔壁反应精馏预处理工艺模拟及多目标优化

针对碳五综合利用预处理工段能耗较高的现状，在反应精馏(RD)预处理流程基础上提出了隔壁反应精馏(RDWC)预处理流程。首先，利用化工模拟软件Aspen Plus搭建RDWC四塔等效严格模型，并对其进行自由度和单变量分析。在此基础上，以响应面Box-Behnken Design(BBD)方法作为模型拟合工具，拟合出目标变量与决策变量之间的函数关系，并对拟合结果进行方差分析(ANOVA)。最后采用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)对RDWC预处理流程进行多目标优化，得到一系列Pareto最优解，选出其中年总成本(TAC)最小的一组解与RD预处理流程进行对比。结果显示：与RD预处理流程相比，RDWC预处理流程可以节约TAC 12.8%，节省再沸器负荷27.8%，选择性也有所提高。     

基于多目标函数的亚临界有机朗肯循环的参数优化和性能分析

以系统净输出功率W_net、热源流体进出口(火用)降DE_g、系统总不可逆损失I和系统总投资成本C₂₀₁₃构建多目标优化模型,采用线性加权评价函数法对该模型进行求解,以R600a、R245fa、R601a、Pentane 4种纯工质以及R600a/R601a、R245fa/R601a、R245fa/Pentane和R600a/R245fa 4种非共沸混合工质为例,对亚临界有机朗肯循环（ORC）的蒸发温度T_e和冷凝温度T_c进行优化。研究结果表明：采用单目标有时得不到最优值,而采用多目标均能得到最优值,且多目标优化可以较好地协调各性能指标间的关系,使所要求的各项指标均能达到较优,因此多目标优化比单目标优化更加合理;存在最优蒸发温度T_e,opt和最优冷凝温度T_c,opt使多目标函数F（X）最小,同时,T_e,opt、T_c,opt随工质不同而不同;在T_e,opt或T_c,opt下,对比纯工质和混合工质的不同单目标函数值和F（X）值时,混合工质并不总是优于纯工质。     

基于模拟的汽油分馏塔运行分析与优化

乙烯装置急冷系统主要是通过回收急冷油的热量发生稀释蒸汽,后续分离系统的热量主要由盘油和急冷水提供,因此急冷系统的能量回收是影响能耗的一个重要因素。主要对急冷油系统进行流程模拟,对汽油分馏塔操作的相关变量进行了调整优化,并取得了良好的优化效果。     

基于能量目标的芳烃萃取精馏溶剂评价模型

以NRTL活度系数模型为基础，利用Aspen Plus对不同单组分萃取剂回收芳烃的萃取精馏装置进行了全流程模拟和工艺操作参数优化。综合考虑各操作变量及其关联，提出了基于局部耦合参数迭代优化的整体协同优化策略，在保证分离要求的条件下，以能耗为目标，对萃取精馏塔（EDC）、溶剂回收塔（ERC）的进料位置、ERC回流比等关键操作参数进行优化，建立过程能耗的物性关联模型。通过分析不同溶剂对芳烃萃取精馏过程能耗和分离效果的影响，提出了基于能耗目标的芳烃萃取精馏溶剂评价模型，结果表明影响芳烃萃取精馏过程能耗的关键物性为溶剂的分子量及常压沸点，所建立的过程能耗关联模型具有较高的关联性，其R ²均大于0.9，可有效指导萃取精馏溶剂选择，为计算机辅助分子设计提供简化的目标函数。