專利名稱：一種乙烯裝置價值優(yōu)化方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于化學反應工程領域，涉及乙烯工業(yè)裂解技術(shù)，更具體地說，涉及一種乙烯裂解裝置操作優(yōu)化的方法。
背景技術(shù)：
乙烯工業(yè)是石油化工的龍頭和基礎，歷來被作為衡量一個國家石化行業(yè)發(fā)展水平的標志。因此提高乙烯裝置的經(jīng)濟效益對提升整個石化企業(yè)的市場競爭力具有舉足輕重的作用。目前，全世界99 %的乙烯是通過管式裂解爐以熱裂解/蒸汽裂解的方式生產(chǎn)的，而我國乙烯基本都是以此方式生產(chǎn)。在熱裂解/蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯的過程中，裂解爐作為裝置的核心設備，其操作條件的優(yōu)化程度，不僅影響到整個乙烯生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量和收益狀況，還將影響到下游生產(chǎn)裝置的收益。因而，如何能為裂解爐選擇一個最佳的工藝條件一直受到研究者廣泛地重視。以往在為裂解爐制定操作優(yōu)化方案時，多選用乙烯、乙烯+丙烯、乙烯+丙烯+BTX 等主產(chǎn)物的收率作為優(yōu)化的標尺。建立由原料物性和工藝條件來預測裂解產(chǎn)物收率的模型。再根據(jù)預測模型中熱裂解工藝條件與裂解產(chǎn)物收率之間存在著的映射關(guān)系，通過這種映射關(guān)系找出某種熱裂解產(chǎn)物收率最大值時的裂解工藝條件；或者利用模型可以預測的功能，通過利用數(shù)值最值搜索等數(shù)學方法，尋找出最大的裂解主產(chǎn)物收率時的工藝條件。工藝條件通常為爐管出口溫度。對于管式裂解爐乙烯等熱裂解產(chǎn)物收率預測的研究已經(jīng)有相當長的歷史，發(fā)展的預測模型主要可分為三類經(jīng)驗模型、半經(jīng)驗半理論模型和機理模型。其中的經(jīng)驗模型是以裂解的某個或某幾個參數(shù)直接與產(chǎn)品收率進行關(guān)聯(lián)，不需要求取反應動力學參數(shù)就可以用來進行工業(yè)裝置優(yōu)化控制和預測工藝參數(shù)變化的影響。由于其擁有較好的預測效果和簡便、快速的運行等優(yōu)點，應用最為廣泛。近年來，隨著計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了大量如神經(jīng)網(wǎng)絡、小波網(wǎng)絡、模糊系統(tǒng)、粗糙集理論和粗糙規(guī)劃、支持向量基、圖論以及量子力學方法等數(shù)據(jù)處理方法，使得經(jīng)驗模型能在完備的試驗數(shù)據(jù)基礎上對裂解產(chǎn)物收率給出更為準確的預測，因而在優(yōu)化操作方法的制定時倍受重視。但是，乙烯作為化工行業(yè)最重要的基礎原料，以它為基礎或者衍生的系列化工產(chǎn)品廣泛用于國民經(jīng)濟各個領域，涉及巨大的經(jīng)濟利益。隨著國內(nèi)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對乙烯的需求也越來越大，2007年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量達到1024. 8萬噸，但還不能滿足國內(nèi)對乙烯以及乙烯衍生的需求，需要進口大量的乙烯及其衍生產(chǎn)品。為了滿足國內(nèi)對乙烯的巨大需求，近年來國內(nèi)進行了第二、三輪乙烯改擴建工程，到2010年，我國乙烯總生產(chǎn)能力將達到 1702萬噸/年。這種乙烯裝置的大型化，導致了有價值副產(chǎn)品已達到了經(jīng)濟分離規(guī)模，主、 副產(chǎn)品的價格差逐漸縮小，乙烯等主產(chǎn)物收率的變化規(guī)律不再能夠準確地反應收益的變化規(guī)律。因此，本發(fā)明的主要目標是不拘泥于低碳烯烴的收率，而著眼于全部裂解產(chǎn)品，為裂解過程的價值變化進行分析，根據(jù)原料構(gòu)成、市場價格、裝置工藝特點來制定裂解爐的操作優(yōu)化方案，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)過程收益的最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以價值最大化為標尺，通過建立收率預測模型、價值預測模型與價值優(yōu)化模型，針對不同原料構(gòu)成、市場價格及裝置工藝特點來制定裂解爐的操作優(yōu)化方案的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為如下所述一種乙烯裂解裝置價值優(yōu)化方法，所述方法包括，(1)乙烯裝置價值標準為單位原料下乙烯裂解過程的收益，它包括單位原料下乙烯裂解過程的總收益和單位原料下裂解全產(chǎn)品收益兩種情況；(2)建立收率預測模型、價值預測模型與價值優(yōu)化模型；(3)通過調(diào)取上述模型，得到乙烯裝置價值最大化的優(yōu)化工藝條件。在所述步驟(1)中乙烯裝置的價值標準為單位原料下乙烯裂解過程總收益，即單位原料的產(chǎn)品銷售收入-單位原料費用-單位原料的燃料費用-單位原料的分離費用+單位原料的蒸汽收入，其中單位原料的產(chǎn)品銷售收入等于各種裂解產(chǎn)物的收率與其相應的產(chǎn)品價格乘積之和。所述優(yōu)化方法具體包括，(1)建立樣本數(shù)據(jù)庫①收集密度、恩式蒸餾數(shù)據(jù)、裂解原料族組成等物性不同的裂解原料在不同投油量、爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間下的熱裂解產(chǎn)物收率數(shù)據(jù)；②根據(jù)裝置的工藝特點，計算在不同投油量、爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間下的裂解爐單位原料下的燃料量及產(chǎn)生的蒸汽量；③根據(jù)得到的不同原料、不同工藝條件下的裂解產(chǎn)品的收率數(shù)據(jù)及其所選用的分離流程，通過流程模擬計算分離過程的單位原料能耗數(shù)據(jù)；④收集實時準確的價格數(shù)據(jù)；⑤根據(jù)上述數(shù)據(jù)建立樣本數(shù)據(jù)庫其樣本的數(shù)據(jù)由裂解原料物性、熱裂解工藝條件、分離流程參數(shù)、價格以及全部裂解產(chǎn)物收率、單位原料下裂解反應需要的燃料量、裂解產(chǎn)生的蒸汽量和裂解產(chǎn)物的分離能耗構(gòu)成；(2)建立收率預測模型根據(jù)裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率，建立收率預測模型并驗證該模型；①建模過程是先調(diào)取樣本數(shù)據(jù)庫中的部分數(shù)據(jù)，即將其中的裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率作為數(shù)據(jù)輸入；建立基于核函數(shù)的支持向量機訓練程序，輸入變量和輸出變量通過支持向量機模型形成映射關(guān)系，利用支持向量機訓練程序?qū)τ柧殬颖緮?shù)據(jù)進行學習訓練，經(jīng)過學習和訓練得到N個支持向量X;，1 = 0,1,..., N，從而形成支持向量機模型
權(quán)利要求
1.一種乙烯裂解裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括，(1)乙烯裝置價值標準為單位原料下乙烯裂解過程的收益，它包括單位原料下乙烯裂解過程的總收益和單位原料下裂解全產(chǎn)品收益兩種情況；(2)建立收率預測模型、價值預測模型與價值優(yōu)化模型；(3)通過調(diào)取上述模型，得到乙烯裝置價值最大化的優(yōu)化工藝條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(1)中乙烯裝置的價值標準為單位原料下乙烯裂解過程總收益，即單位原料的產(chǎn)品銷售收入-單位原料費用-單位原料的燃料費用-單位原料的分離費用+單位原料的蒸汽收入，其中單位原料的產(chǎn)品銷售收入等于各種裂解產(chǎn)物的收率與其相應的產(chǎn)品價格乘積之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法具體包括，(1)建立樣本數(shù)據(jù)庫①收集密度、恩式蒸餾數(shù)據(jù)、裂解原料族組成等物性不同的裂解原料在不同投油量、爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間下的熱裂解產(chǎn)物收率數(shù)據(jù)；②根據(jù)裝置的工藝特點，計算在不同投油量、爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間下的裂解爐單位原料下的燃料量及產(chǎn)生的蒸汽量；③根據(jù)得到的不同原料、不同工藝條件下的裂解產(chǎn)品的收率數(shù)據(jù)及其所選用的分離流程，通過流程模擬計算分離過程的單位原料能耗數(shù)據(jù)；④收集實時準確的價格數(shù)據(jù)；⑤根據(jù)上述數(shù)據(jù)建立樣本數(shù)據(jù)庫其樣本的數(shù)據(jù)由裂解原料物性、熱裂解工藝條件、分離流程參數(shù)、價格以及全部裂解產(chǎn)物收率、單位原料下裂解反應需要的燃料量、裂解產(chǎn)生的蒸汽量和裂解產(chǎn)物的分離能耗構(gòu)成；(2)建立收率預測模型根據(jù)裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率，建立收率預測模型并驗證該模型；①建模過程是先調(diào)取樣本數(shù)據(jù)庫中的部分數(shù)據(jù)，即將其中的裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率作為數(shù)據(jù)輸入；建立基于核函數(shù)的支持向量機訓練程序，輸入變量和輸出變量通過支持向量機模型形成映射關(guān)系，利用支持向量機訓練程序?qū)τ柧殬颖緮?shù)據(jù)進行學習訓練，經(jīng)過學習和訓練得到N個支持向量)(Λ i = 0,l,…，N，從而形成支持向量機模型
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述的乙烯裝置價值標準為單位原料的裂解全產(chǎn)品收益，即各裂解產(chǎn)物的收率與其相應的產(chǎn)品價格乘積之和再減去單位原料費用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于， 所述優(yōu)化方法具體包括，(1)建立樣本數(shù)據(jù)庫①收集密度、恩式蒸餾數(shù)據(jù)、裂解原料族組成等物性不同的裂解原料在不同的投油量、 爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間下的熱裂解產(chǎn)物收率數(shù)據(jù)和實時準確的價格數(shù)據(jù)；②根據(jù)上述數(shù)據(jù)構(gòu)成樣本數(shù)據(jù)庫；其樣本的數(shù)據(jù)由裂解原料物性、熱裂解工藝條件、價格以及全部裂解產(chǎn)物收率構(gòu)成；(2)建立收率預測模型根據(jù)裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率，建立收率預測模型；①建立收率預測模型過程調(diào)取數(shù)據(jù)庫，取出樣本數(shù)據(jù)中的部分數(shù)據(jù)，將其中的裂解原料物性、熱裂解工藝條件和裂解產(chǎn)物收率作為數(shù)據(jù)輸入訓練程序的數(shù)組中，建立基于核函數(shù)的支持向量機訓練程序，輸入變量和輸出變量通過支持向量機模型形成映射關(guān)系，利用支持向量機訓練程序?qū)τ柧殬颖緮?shù)據(jù)進行學習訓練，經(jīng)過學習和訓練得到N個支持向量)(Λ i = 0,l,…，N，從而形成支持向量機模型
6.根據(jù)權(quán)利要求1，3，5之一所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，建立所述收率預測模型采用神經(jīng)網(wǎng)絡法、支持向量機法、SPYRO方法中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述熱裂解原料物性為密度、恩式蒸餾數(shù)據(jù)、裂解原料族組成，或者碳氫比、殘?zhí)贾?、分子量、關(guān)聯(lián)指數(shù)BMCI和折光指數(shù)，或者裂解原料的組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5之一所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述熱裂解工藝條件包括投油量、爐管入口溫度、爐管出口溫度、爐管出口壓力、稀釋比和停留時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或5之一所述的乙烯裝置價值優(yōu)化方法，其特征在于，所述分離流程可選用順序流程、前脫乙烷流程、前脫丙烷流程、低投資分離流程、漸進分離流程及油吸收分離流程之一。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學反應工程領域，涉及一種乙烯裂解裝置操作優(yōu)化的方法。本發(fā)明提供一種以價值最大化為標尺，通過建立收率預測模型、價值預測模型與價值優(yōu)化模型，針對不同原料構(gòu)成、市場價格及裝置工藝特點來制定裂解爐的操作優(yōu)化方案的方法。采用本發(fā)明優(yōu)化方案后，使優(yōu)化的裂解溫度低于以乙烯等主產(chǎn)物收率最大制定的優(yōu)化方案的裂解溫度，有效地延長裝置的運行周期、較小清焦費用，降低分離能耗，并有進一步提高裝置處理能力的潛力。同時獲得最高的經(jīng)濟收益。
文檔編號C10G9/20GK102213949SQ20101014163
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者張兆斌, 張利軍, 張勇, 李東風, 李曉峰, 杜志國, 王國清, 郭瑩 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院