乙烯裂解炉机理模型在线预报系统的设计与实现

乙烯裂解炉裂解产物收率的在线预报对于指导乙烯生产具有十分重要的意义.本文基于Kumar分子反应动力学模型,针对某大型乙烯厂SL-Ⅱ型裂解炉建立了该炉辐射段的裂解数学模型;采用C#和MATLAB混合编程技术开发了1套乙烯裂解炉产物收率在线预报软件系统;针对长周期运行的情况加入了模型在线调整功能,以随机搜索方式调整1次反应选择性系数,使模型能够及时与当前原料性质匹配.现场运行效果表明,系统的实时性和准确性满足生产要求,平均预报时间在10秒左右,乙烯等主要产物收率的系统预报值与工厂化验值的误差约2%:同时,系统具有良好的实用性,操作简便且运行稳定.该系统基于规范化的软件系统框架实现了乙烯裂解机理模型的实时运行和在线预报,以间接方式获得主要裂解产物收率的实时数据,为进一步指导生产过程优化、提高经济效益奠定了基础.     

干气制乙苯反应器自适应在线操作实时动态模拟

中石油某厂于气制乙苯生产过程中,随着反应器中催化剂的逐渐失活,操作人员通常凭现场化验分析结果及以往积累经验来调节操作温度,以保证工况要求乙烯转化率工艺指标,其过程存在较大滞后性和人为性.为消除以上所述不利因素,以该厂第:代于气制乙苯工艺为背景,针对炕基化反应器中催化剂的逐渐失活,在Matl曲环境下建立严格的机理模型,并借助OPC技术及栲型参数自适应校正,来实现烷基化反应过稃的实时动态模拟,从而在线预测出装置的卜一步合理操作温度以指导生产.其中,在建立过程严格动态机理模型的基础上,采用的OPC技术实现了实时动态模拟所需的在线数据采集与传输;而利用模型参数自适应校正则时刻保证了模拟的精度要求.二者的应用满足了建立的烷基化反应过程实时动态模拟的实时性与模型准确性要求.该系统的实现在将来应用中可使装置操作温度的调控变得更加精确、及时和有效,不但能够时刻保证生产中工况要求乙烯转化率工艺指标,而且能起到指导生产、在线优化装置操作的作用.通过在线预测来合理调节装置操作温度,既能降低燃料费用,又可延长催化剂使用寿命,有利于实现装置的"卡边"操作,将为企业带来显著的经济效益.     

内部能量集成精馏塔技术应用于乙烯分离流程的节能研究

乙烯生产装置是石化工业中最重要的装置之一,其生产过程需要消耗大量的低温冷量,采用先进的能量集成技术优化乙烯生产过程、提高能源利用效率具有重要意义.本研究针对前脱丙烷前加氢工业乙烯装置,将内部能量集成精馏塔技术应用于乙烯分离塔,提出基于内部能量集成技术的乙烯分离流程.利用流程模拟软件Aspen Plus分别对内部能量集成精馏塔流程和开式热泵精馏流程进行严格模拟,结果表明内部能量集成精馏塔精馏段压力对新流程系统中压缩机的功耗有显著影响,最终优化的内部能量集成精馏塔精馏段操作压力为1410KPaG,提馏段操作压力为710KPaG.相对于目前先进的乙烯精馏塔开式热泵流程,内部能量集成精馏塔流程具有节能效果,内部能量集成精馏流程中系统压缩机的总功耗为38.869MW,而热泵精馏流程中系统压缩机的总功耗为39.680MW,内部能量集成精馏塔流程中系统压缩机的总功耗降低约2.04％,因此内部能量集成精馏塔具有一定的工业应用前景.     

芳烃联合装置邻二甲苯精馏塔流程模拟与优化

化工流程模拟软件不断发展,越来越多的化工装置开始采用流程模拟来优化装置的操作。基于精馏过程的实际运行数据,建立了能够良好描述装置实际运行工况的模型,实现了对芳烃联合装置邻二甲苯精馏过程的流程模拟。利用Aspen Plus建立装置模型,按照工艺条件及产品分离要求,使用设计规定工具,对采用精馏方式从混合C8～C10物料中分离邻二甲苯(OX)工艺进行研究。模拟结果与实际工业过程数据相符,能够满足工业建模的要求。基于模型,研究了进料塔板位置、回流比和塔顶采出量等变量对装置稳定运行的影响,从进料塔板,塔顶采出量和进料组分等方面提出了优化建议。研究结果表明:精馏塔塔顶采出量为OX产品主要杂质异丙苯(IPB)含量的显著影响因素。据此提出了包括回流比和塔顶采出量参数的优化方案,可以使主要杂质异丙苯的含量下降40%的同时,每年可节省燃料成本。     

基于Aspen Plus的聚甲氧基二甲醚精馏过程模拟分析

在装有θ环填料的精馏塔内进行了聚甲氧基二甲醚精馏实验。利用化工流程模拟软件.AspenPlus对聚甲氧基二甲醚精馏过程进行模拟,首先,采用DsTWU简捷蒸馏模型,运用软件中NRTL、WILSON、UNIQUAC,3种物性方法对精馏塔进行了计算,得到了回流比、塔板数和温度等操作参数。接着,采用RadFrac严格精馏模型对精馏塔进行了验证,其计算结果与实验结果吻合良好,满足工艺要求。最后,对精馏塔的操作变量进行了灵敏度分析,讨论了进料位置、进料流率和回流比等参数对精馏分离要求与能耗的影响,并确定了最优化方案,即:进料板为第50块,进料流率为35 mol/h,回流比为6。     

基于自适应采样策略的RBF代理模型精馏过程多目标优化

精馏设备作为石油化工常见的生产装置以其非线性、时变性和强耦合等特点见称,针对精馏过程进化优化过程中的耗时计算问题,本文提出基于自适应采样策略的RBF代理模型的多目标优化。在已建立的机理模型基础上,首先,采用拉丁超立方采样构建初始RBF代理模型;然后,利用多目标优化算法NSGA-II与自适应采样策略结合搜索潜在最优解,不断更新RBF模型直至满足精度要求;最后,在此基础上通过NSGA-II的优化搜索获得所需Pareto解集。与离线建模优化相比,能够在保证建模精度的同时减少优化搜索时间。     

基于GA-RBF网络的乙烯裂解炉在线操作优化

基于OPC技术实现过程数据的实时采集,并对所需变量进行数据滤波与异常检测,再利用RBF神经网络建立乙烯裂解炉过程多输入多输出(MIMO)裂解产物收率在线软测量模型以及模型校正方法,以乙烯和丙烯收率之和最大为目标,基于遗传算法对RBF神经网络模型进行操作优化,得到裂解过程的最优操作条件以指导生产.实际的工业应用表明,该方法提高了乙烯和丙烯的收率,具有良好的适应性和稳定性,对实际生产有重要的指导意义.     

乙烯热裂解炉模拟平台的开发及应用

为实现满足多种原料与多种炉型组态的乙烯热裂解模拟,本文开发了乙烯热裂解炉模拟平台。该平台基于裂解反应动力学的严格机理模型和分子反应动力学模型,支持对多种热裂解原料的裂解过程模拟。模拟平台还具有多种炉型组态建模、多周期生产模拟、原料预处理,以及重要参数的多种方法回归等功能。该平台应用于兰州石化公司乙烯裂解炉的模拟,结果准确,符合实际生产。     

新戊二醇间歇精馏过程的模拟、优化与应用

应用PRO/II化工模拟软件对新戊二醇(NPG)精馏过程进行模拟,模拟结果与实际生产数据相吻合,相对误差在0.80%~3.85%之间。模拟分析了蒸馏时间、回流比、蒸汽流量等参数对新戊二醇精馏过程的影响规律,提出了减少塔顶馏出液中新戊二醇含量、精馏时间的工艺优化方案,与原生产工艺相比,塔顶馏出液中NPG的损失量由1.13%降至0.80%,精馏时间可缩短1h。以工艺优化方案一为依据对生产装置进行改造,改造后与改造前相比,精馏时间缩短了0.4h。     

精馏过程动态机理模型建立

为了实现精馏过程的动态优化和先进控制,必须解决精确的动态数学模型的建立问题.本文介绍了精馏过程动态机理建模的方法,该模型的特点是考虑每块塔板温度、压力、汽相流量、液相流量、汽相浓度、液相浓度和持液量的动态特性,并且,利用正交配置方法离散模型方程,利用牛顿一拉夫逊方法解模型方程,研究结果表明该模型精度高,误差小于3%,适合于精馏过程的动态优化和先进控制策略研究.     

基于计算机模拟平台的蒸馏过程仿真研究

以过程模型为基础在C++BUILDER环境下设计并实现的蒸馏过程计算机模拟平台,为研究蒸馏过程提供了过程模拟的计算机环境。模拟平台具有在线过程模拟功能和开放的接口环境,适于各种模拟方案、过程模型和算法的仿真研究。基于该平台,可以方便地对蒸馏过程进行稳态模型、动态模型、优化模型和控制模型的仿真计算,检验模型和算法的有效性,并可针对过程特点进行分析并提供优化操作指导值。     

蒸馏与换热协同的约束多目标在线操作优化方法

针对蒸馏装置与换热网络间缺乏协同优化导致的分馏精度差和能耗高的问题,提出了一种基于代理模型的约束多目标在线协同操作优化方法.为了解决蒸馏装置与换热网络操作参数协同优化时存在的计算耗时和约束的问题,构建Kriging代理模型来近似目标函数和约束条件,提出了基于随机欠采样和Adaboost的分类代理模型（RUSBoost）来解决类别不平衡的收敛判定预测问题.提出了基于多阶段自适应约束处理的代理模型的模型管理方法,该方法采用基于参考向量激活状态的最大化改善期望准则和可行概率准则更新机制来平衡优化初始阶段种群的多样性和可行性,采用支配参考点的置信下限准则更新机制加快收敛速度.通过不断与机理模型交互来在线更新代理模型,实现在线操作优化.通过测试函数和仿真实例验证了本文方法的有效性.     

Linear controller design and performance limits of binary distillation column subject to disturbances with bounds on magnitudes and rates of change

In this paper, we present an application of linear controller design via convex optimization to a binary distillation column and determine its limits of performance. Disturbances of distillation process are characterized as input signals with bounded magnitudes and rates of change. Performance measures of top and bottom control loops are defined as the maximum deviation magnitudes of top and bottom compositions, respectively. This performance is often referred to as the worst-case norm of convolution systems under such disturbances. The convex optimization and the ellipsoid algorithm are applied to design linear controllers and, at the same time, determine the best achievable performance of the closed-loop system. Then, a series of convex optimization problems are efficiently solved to give a trade-off curve representing limits of performance between the top and bottom compositions. The trade-off curve provides a practical insight into the design specification that cannot be achieved for the distillation column control with dynamic controller configuration. To confirm the results, we undertake computer simulation using nonlinear dynamical model of the distillation column. Closed-loop responses of the chosen optimal linear controller are consistent with the trade-off curve and yields superior performance than that of a conventional decentralized PI controller.     

人工免疫动态克隆调节策略在分馏装置塔板效率确定中的应用

在石油化工领域中,分馏过程是流程模拟计算中重要的模块之一,在分馏过程模拟的主要输入参数中,塔盘效率无法直接获得,因此确定合适的塔盘效率是分馏模拟成功与否的关键因素,探索合适的方法确定板效率是精馏模拟的重要课题。本文在板效率确定方面,引入人工免疫动态克隆优化调节策略DCAS,与传统的智能优化算法相比,该算法的特点为:自动调整搜索空间及克隆规模;采用多尺度变异策略;有机结合全局与局部搜索能力。在实验中,通过建立分馏装置的机理模型,并采集装置的实际工况数据和各流股质量组成的分析数据,对所采集的数据依据稳态过程的物料守恒方程等进行剔除和校正处理,采用校正后的工况数据作为模型的输入,分别用经验法、遗传算法GA及人工免疫动态调整策略DCAS确定分馏装置的塔板效率,使模型与实际装置达到最大程度的吻合。研究结果表明,用DCAS确定的塔板效率,能够使分馏塔的关键塔板温度分布及分馏塔塔顶、塔釜主要产品的产出与实际吻合得最好,表明用DCAS搜索的塔板效率建立的分馏塔模型能够较好地描述实际分馏塔的生产过程,可以用来指导分馏装置的过程模拟及优化操作。     

大型煤化工甲醇精馏过程仿真系统的研究

研究构建大型煤化工甲醇精馏过程仿真平台问题.大型煤化工甲醇精馏过程操作复杂,为了能够更好地分析和预测该过程,本文开发了基于工艺过程机理模型的仿真系统.仿真系统的底层是流程模拟文件,提供过程机理模型和计算平台;顶层是仿真界面,提供人机交互窗口;二者通过Visual Basic接口程序链接.此仿真系统可以为实际的精馏操作提...     

Adaptive dynamic matrix control of a distillation column with closed-loop online identification

This paper presents an online identification technique where a process is identified in terms of pseudo impulse response coefficients and subsequently used to update convolution type models to accommodate process-model mismatch. As an example, dynamic matrix control has been applied adaptively to control the top product composition of a distillation column for both servo and regulatory problems. The algorithm automatically detects a large step-like disturbance requiring fresh identification of the process and subsequently adapts the controller to the new model. Simulation studies using an analytical dynamic full order model of a distillation column demonstrated the usefulness of the adaptation scheme. Experimentation on a pilot scale distillation unit vindicated the simulation results.     

缔合体系精馏过程模拟软件开发

建立了缔合体系相平衡模型,并对含缔合组分汽相焓进行了校正,液相用NRTL、Wilson方程修正其非理想性计算出的汽液相平衡数据及焓值,用于缔合体系多股进料精馏模拟取得了满意的效果。本软件采用三对角矩阵法求解精馏过程的MESH方程组,用Visual Basic 6．0开发出缔合体系精馏模拟软件,同时软件也包括了一般体系的多元复杂精馏模拟。     

富含CO2油田气生产甲醇系统模拟和优化(Ⅱ)系统的优化

在全流程模拟的基础上对整个系统进行优化计算,考虑到描述各工段过程的数学上的复杂性,首先对各个单元做了简化处理,用简化的代数代替复杂的微分方程,从而使得优化过程大为简化。优化计算所提取的决策变量分别为：进吸收塔压力ｍ１１,进造气塔压力ｍ２１,水碳比ｍ２２,出压缩机压力ｍ３１,预塔回流比ｍ３２,主塔回流比ｍ３３,计算出了在优化状态下原料油田气消耗量和产品成本,以及此时流程中各个流股值。     

基于ChemCAD用户接口技术的化工过程虚拟检测系统研究

使用基于ChemCAD用户接口技术的过程虚拟检测方法,结合现代滤波技术,建立以COM技术为手段、以数字滤波为保证,以过程模拟计算为核心的化工过程虚拟检测系统总体框架;通过EXCEL程序将各个模块组件有机结合,对过程检测数据进行显示、分析、统计,实现测量、图、表、管理一体化;并可与现有石化过程检测系统整合,实现过程的实时检测、预估,并为过程的在线优化和先进控制提供了技术条件.系统实现了Excel、ChemCAD、Matlab等主流应用软件之间的通讯,并编写程序实例,为软测量、在线优化和先进控制探索了一条新的途径.