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。     

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g PROMS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g PROMS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。     

乙炔加氢串联反应器全周期乙炔转化率最优分配研究

在乙炔加氢反应器的实际生产运行过程中,乙炔加氢反应大部分在第一床层,加氢反应放出的大量热量使得床层内温度高于最佳反应温度范围,致使乙烯选择性降低,乙烯产量下降,而在进行全周期操作优化时并未考虑到此问题。因此,首先考虑温度对绿油累积的影响,修正了催化剂失活动力学方程;其次,为保证反应器各床层内温度都在最佳反应温度范围,从化学反应工程理论和实际生产过程中的安全性两个角度出发,给出两种反应器各床层乙炔转化率分配方案;最后,在常规全周期操作优化模型中添加乙炔转化率约束,建立全周期乙炔转化率分配操作优化模型,并对两种乙炔转化率分配方案进行全周期操作优化。优化结果表明,两种乙炔转化率分配方案操作优化的乙烯产量要远远高于常规操作优化,且乙炔转化率方案为33∶33∶33时,乙烯产量最高,而考虑实际生产过程中的安全性,乙炔转化率分配方案为43∶47∶10时具有更好的效果。     

乙炔加氢串联反应器全周期乙炔转化率最优分配研究

在乙炔加氢反应器的实际生产运行过程中,乙炔加氢反应大部分在第一床层,加氢反应放出的大量热量使得床层内温度高于最佳反应温度范围,致使乙烯选择性降低,乙烯产量下降,而在进行全周期操作优化时并未考虑到此问题。因此,首先考虑温度对绿油累积的影响,修正了催化剂失活动力学方程;其次,为保证反应器各床层内温度都在最佳反应温度范围,从化学反应工程理论和实际生产过程中的安全性两个角度出发,给出两种反应器各床层乙炔转化率分配方案;最后,在常规全周期操作优化模型中添加乙炔转化率约束,建立全周期乙炔转化率分配操作优化模型,并对两种乙炔转化率分配方案进行全周期操作优化。优化结果表明,两种乙炔转化率分配方案操作优化的乙烯产量要远远高于常规操作优化,且乙炔转化率方案为33∶33∶33时,乙烯产量最高,而考虑实际生产过程中的安全性,乙炔转化率分配方案为43∶47∶10时具有更好的效果。     

BC-H-20B型催化剂在乙炔加氢中的应用

BC-H-20B催化剂投用乙炔加氢反应器后第一个运行周期内,催化剂活性较高,绿油生成量较大,对乙烯精馏塔操作带来一定的影响。分析了乙烯精馏塔液泛和乙炔反应器绿油生成量大等问题的原因,提出采用调整氢炔比和入口温度以及配入粗氢等措施进行优化调整。     

催化剂失活条件下的碳二加氢反应器模拟与优化

乙炔加氢反应催化剂的活性与选择性随着使用时间变化而变化,操作参数需要相应的改变从而使得收益最大化。因此本文采集工业数据,通过遗传算法拟合了反应动力学模型和失活反应模型的参数;比较了国内最普遍使用的两种催化剂的选择性和活性保持方面的性能;针对串联使用的两台装填不同催化剂的反应器组合,以运行周期、乙烯产率最优为评价标准,提出了反应器3种组合优化、负荷分配优化等优化策略。将优化策略应用于实际工业装置的分析与运行,乙烯产率和总选择性提高,效果得到验证。     

慢时变化工过程裕量释放机制分析

化工过程普遍存在慢时变特性，在一个运行周期内慢时变参数的变化造成化工装置性能逐渐下降。为此，过程设计时需要按照慢时变参数可能的“最坏”影响对设计变量留出足够的设计裕量，在一个运行周期内通过操作逐渐释放，补偿慢时变参数的不利影响，且理想操作是保证到运行周期结束时化工装置性能恰好达到过程约束边界。本文对慢时变过程设计裕量的释放机制进行了分析，考虑含慢时变参数的全周期操作优化通用动态模型，通过最优控制的极小值原理求解该优化问题，建立了最优裕量释放轨迹和慢时变参数变化曲线之间的联系，从而证明最优裕量释放只与慢时变化工过程的运行周期有关。以乙炔加氢反应器为例验证了该裕量释放机制，对于慢时变化工过程，设定的运行周期越短，设计裕量释放越快，仅能获得较高的短期经济效益；反之，设定较长的运行周期，设计裕量缓慢释放，能获得更高的长期经济效益。     

乙炔前加氢催化剂在乙烯装置上的应用及评价

介绍了Kataleuna催化剂公司开发的KL7741B－T型乙炔前加氢催化荆在大庆石化公司乙烯新区装置上的应用情况。该催化剂在2010年8月再次应用于大庆石化公司乙烯新区装置，在投用后的半年时间内，一度出现催化剂活性下降的情况。通过调整前加氢反应器各段入口温度以及进料中CO、丁二烯、硫、砷杂质的含量，该催化剂活性下降的趋势得到有效控制，乙炔前加氢反应器的运行逐步趋于稳定。     

乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟

对浆态床反应器中乙炔加氢制乙烯过程进行了模拟研究,采用TFM-PBM耦合方法描述浆态床内气相与浆态相的流动,并耦合乙炔加氢反应动力学建立流动-反应综合模型。通过小试实验对该模型进行验证,并将验证后的模型应用于浆态床中试装置中内构件作用机制与操作条件影响的模拟分析。结果表明,在浆态床反应器放大时,可通过设置竖管内构件,以破碎气泡,抑制气相径向运动,使乙炔加氢过程均匀、充分地进行。乙炔加氢制乙烯过程与气相停留时间和反应温度密切相关,在反应器放大中需严格控制温度,并可通过改变反应器内液位高度实现对气相停留时间的调控,从而可在保证乙炔充分转化的同时获得更高的乙烯选择性。     

乙炔加氢制乙烯浆态床反应器的CFD模拟

对浆态床反应器中乙炔加氢制乙烯过程进行了模拟研究，采用TFM-PBM耦合方法描述浆态床内气相与浆态相的流动，并耦合乙炔加氢反应动力学建立流动-反应综合模型。通过小试实验对该模型进行验证，并将验证后的模型应用于浆态床中试装置中内构件作用机制与操作条件影响的模拟分析。结果表明，在浆态床反应器放大时，可通过设置竖管内构件，以破碎气泡，抑制气相径向运动，使乙炔加氢过程均匀、充分地进行。乙炔加氢制乙烯过程与气相停留时间和反应温度密切相关，在反应器放大中需严格控制温度，并可通过改变反应器内液位高度实现对气相停留时间的调控，从而可在保证乙炔充分转化的同时获得更高的乙烯选择性。     

Release mechanism analysis of design margin for slowly-time-varying chemical processes

Slowly-time-varying characteristics are common in chemical processes, and the changes of slowly-time-varying parameters in an operating cycle gradually decrease the performance of chemical process. So, enough margins must be added for design variables during the phase of process design according to the possible worst-case influence of slowly-time-varying parameters. The design margins will be released gradually compensating the worse influence of slowly-time-varying parameters in an operating cycle. It can be called as a perfect operation that the operating point is on the boundary of process constraints when an operating cycle is ending. In this paper, the margin release mechanism of slowly-time-varying chemical processes is analyzed. Based on the universal dynamic model containing slowly-time-varying parameters, the full cycle operation optimization is solved by minimum principle of optimal control. It is found that the optimal margin release trajectory is related to the curve of slowly-time-varying parameter, ensuring that the optimal margin release is only dependent on the operating cycle. This mechanism is verified by the example of acetylene hydrogenation reactor. For slowly-time-varying chemical processes, the shorter the operating cycle is set, the faster the design margin is released, the higher temporary economic benefit is obtained; otherwise, the longer the operating cycle is set, the more integrated economic benefit is accomplished.     

多因素不确定条件下的间歇生产调度优化

不确定条件下的间歇生产调度优化是生产调度问题研究中具有挑战性的课题。提出了一种基于混合整数线性规划(MILP)的鲁棒优化模型，来优化不确定条件下的生产调度决策。考虑到生产过程中的操作成本和原料成本，建立了以净利润最大为调度目标的确定性数学模型。然后考虑需求、处理时间、市场价格三种不确定因素，建立可调整保守程度的鲁棒优化模型并转换成鲁棒对应模型。实例结果表明，鲁棒优化的间歇生产调度模型较确定性模型利润减少，但生产任务数量增加，设备空闲时间缩短，从而增强了调度方案的可靠性，实现了不确定条件下生产操作性和经济性的综合优化。     

乙炔加氢反应过程混合建模与优化

针对传统单一建模方法所构建的乙炔加氢反应器数学模型存在预测性能无法满足工业实际应用需求的问题,提出了一种机理与神经网络嵌套的建模方法,充分利用机理模型包含的能质约束信息降低神经网络模型的约束违反度,得到了能够良好描述实际工业乙炔加氢反应过程特性的混合模型。基于反应器混合模型,研究了以运行效益为目标函数的优化问题。主要决策变量包括：一段反应器进料中氢气与乙炔的摩尔比（R _H/A）、进料温度和反应器运行周期等几个关键参数。针对反应器长期运行后,催化剂活性降低造成的处理能力下降的问题,提出了反应温度补偿机制和R _H/A并行调节的运行优化策略,并采用序列法对反应器运行周期进行离散化处理。通过引入差异化变异策略、潜在解替代策略对两阶段差分算法进行改进,采用增量式编码法结合改进两阶段差分算法,对优化问题进行求解。结果证实了优化策略与改进算法的有效性,并据此确定了反应器最佳运行方案。     

多效蒸发海水淡化系统可行域时变分析与全周期操作优化

能耗过高制约了多效蒸发（MED）海水淡化技术的大规模应用,稳态操作优化虽然能够有效减少MED系统的短期蒸汽消耗速率,但污垢累积导致该系统在长周期运行时蒸汽消耗量升高和装置减产。为此,首先针对带蒸汽压缩机（TVC）的MED系统（MED-TVC）提出可行域的概念,分析表明操作点在可行域中的位置决定了系统的运行效益。随后通过可行域的时变分析发现操作点超出可行域是稳态优化中系统性能逐渐衰减的原因。最后利用可行域的性质,提出了时变约束的全周期操作优化方法。该方法通过调整MED-TVC系统在运行周期内的操作条件,获得全周期最低的蒸汽消耗量,同时利用时变的可行域约束保证优化结果在全周期内均满足淡水产量要求。结果表明,时变约束的全周期操作优化在维持MED-TVC系统的设计淡水产量的同时,全周期蒸汽消耗量相比于设计值减少了19.6%,能够很好地解决MED-TVC系统的操作优化问题。     

碳二加氢等温反应过程模拟与操作参数优化

以碳二加氢等温管式固定床反应器为研究对象, 利用计算流体力学(CFD)方法建立了与外界有热量交换的二维均相流反应器模型, 通过添加气固能量方程, 建立了多孔介质区内部热交换与气固耦合传热的两温度模型。采用遗传算法对反应的动力学参数进行了拟合, 并以加氢选择性最优为目标函数, 对碳二加氢反应的入口氢炔比与反应器的冷却温度进行优化, 得到最优氢炔比为1.18, 最优的冷却温度为334.66 K。最后根据模拟与优化结果, 分析了氢炔比和冷却温度对加氢反应选择性的影响, 对提高加氢反应器的操作性能具有重要的意义。