一种用于渣油延迟焦化过程的建模和优化方法技术

本发明专利技术涉及一种用于渣油延迟焦化过程的建模和优化方法，基于集总理论建模方法，将原料分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个集总，产品分为气体、液化气、汽油、柴油、蜡油和焦炭六个集总，考虑反应过程的压力和温度稳定不变，建立延迟焦化集总动力学模型，并且基于该模型采用差分进化算法对多套延迟焦化装置的原料配置、操作温度进行优化，发挥了现有装置的潜能，提高整体效益，为提高延迟焦化装置运行水平提供指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于渣油延迟焦化过程建模和优化方法，该方法可用于工业延迟焦化过程模拟仿真和操作优化。
技术介绍
渣油是原油中最重的馏分，一般初馏点在500℃以上。随着国内原油重质化、劣质化情况越来越严重，如何更好地利用现有的渣油加工装置提升企业效益成为当前炼化企业亟需解决的问题。目前渣油加工装置主要有渣油加氢、溶剂脱沥青和延迟焦化。其中延迟焦化具有工艺简单、操作成本低等特点，是目前渣油处理的主流工艺。延迟焦化采用热裂解的方法，将渣油、脱油沥青、污油等重油转化为干气、液化气、汽油、柴油、蜡油和焦炭，增加炼油装置整体液收，提高综合效益。图1是典型的延迟焦化流程图，原料油先进入分馏塔底部，吸收塔釜再沸器热量后抽出，送至加热炉进一步加热至反应温度，高温油气经过三通阀进入焦炭塔进行裂解反应，生成轻质油和焦炭等，反应产物再返回至分馏塔，从侧线抽出各个产品。在渣油延迟焦化装置的实际工况操作中，技术人员主要关注如何根据原料性质确定合适的操作条件，使装置的液体收率达到最大，提高经济效益。对于具有多套延迟焦化装置的企业，还需考虑原料如何根据装置特性进行配置。然而延迟焦化反应过程机理复杂，操作变量多且耦合性强，很难对其进行系统的分析,因此一直以来就缺乏较为有效的方法来为实际工况确定原料配置以及操作条件。目前，许多学者基于集总理论对炼油过程中的反应单元开展了部分建模与操作优化的研究，如连续重整、催化裂化、加氢裂化等。延迟焦化也有集总相关的理论研究，最具代表性的为11集总动力学模型。由于该模型对原料划分较细，工业上往往难以提供相应数据，对模型的实际应用带来较大的局限性。针对上述问题，本专利提出一种简化的延迟焦化建模方法，并结合差分进化算法，将该模型应用于原料和操作条件优化，对指导实际工况的操作具有十分重要的意义。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种用于渣油延迟焦化过程建模和优化的方法，此专利技术基于集总理论，针对工业延迟焦化装置建模，结合差分进化算法对原料和工艺操作条件进行优化，用于指导实际工业操作。本专利技术的特点如下：1.集总划分以工业分析数据为依据，构建的集总模型能够准确反映工业延迟焦化装置的原料性质以及操作温度变化对主要产品收率的影响，为进一步优化提供良好的模型基础。2.具有完善的反应动力学体系，能够从裂解反应机理上描述不同原料组分对产品收率的贡献，并计算得到延迟焦化反应过程各组分浓度沿停留时间的分布。3.优化采用的差分进化算法相较于普通算法，不仅在收敛性上具有优越性，而且求解时间也比较短。根据上述特点，对渣油延迟焦化过程进行建模和优化。首先，基于集总理论，根据反应动力学原理，建立了完全符合工业延迟焦化实际过程的机理模型，精确描述反应器内集总组分分布和产物转化率。其次，基于建立的动力学机理模型，采用差分进化优化算法，对多套延迟焦化装置的原料配置、操作温度进行优化，为提高延迟焦化装置运行水平提供指导。具体技术方案如下：一种用于渣油延迟焦化过程的建模和优化方法，包括如下步骤：步骤1：根据工业延迟焦化装置确定特定温度和压力下的参数，包括设计参数以及操作参数，并确定延迟焦化的集总划分方法；步骤2：确定延迟焦化反应网络及反应速率方程；步骤3：延迟焦化反应动力学模型的求解；步骤4：基于实际工业运行数据校正延迟焦化集总动力学参数；步骤5：确定优化策略；步骤6：优化计算。所述设计参数包括反应器长度和直径。所述操作参数包括流量和切换时间。所述集总划分方法为：将原料分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个集总，产品分为气体、液化气、汽油、柴油、蜡油和焦炭六个集总。所述反应动力学参数主要包括：反应活化能和指前因子。所述反应网络为反应物和产物集总之间的转化路径，假定产品集总之间互不转化，共计二十三个反应，反应速率常数采用阿伦尼乌斯公式进行计算，各产品反应速率方程如下：气体：dxG/dt＝kSGxS+kAGxA+kRGxR+kBGxB液化气：dxL/dt＝kSLxS+kALxA+kRLxR+kBLxB汽油：dxN/dt＝kSNxS+kANxA+kRNxR+kBNxB柴油：dxD/dt＝kSDxS+kADxA+kRDxR+kBDxB蜡油：dxV/dt＝kSVxS+kAVxA+kRVxR+kBVxB焦炭：dxC/dt＝kACxA+kRCxR+kBCxB所述优化策略为：针对焦化原料选择以及操作温度的优化问题进行求解和分析。所述优化计算的过程中，决策变量的范围来源于工艺设计规定，目标函数为产品效益最大化。所述优化计算采用差分进化算法。本专利技术的有益效果如下：1.采用集总理论对延迟焦化装置进行模拟，集总划分以工业可获得的分析信息为依据，结果表明，10集总动力学模型能精确描述实际反应过程，模型输入条件完全能从工业现场获得；2.针对渣油延迟焦化反应过程变量多，约束多等特点，应用差分进化算法进行优化可快速，准确获得全局最优点，在优化过程中表现了较好的优化效果；3.基于反应动力学模型，结合装置加工量、反应温度等约束，获得最佳原料配置和反应器操作温度，指导实际工况选择最优操作点。4、本方法适应性较为广泛，可用于模拟和优化具有不同负荷及进料性质要求的延迟焦化工业反应器。附图说明图1是工业延迟焦化流程示意图；图2是10集总反应网络。具体实施方式下面，用实施例来进一步说明本
技术实现思路
，但本专利技术的保护范围并不仅限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本专利技术精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本专利技术保护范围之内。基于延迟焦化实际工况，开发10集总机理模型，并基于该模型将差分进化优化算法用于渣油延迟焦化原料配置以及操作温度优化过程，根据实际工况要求，选择最优操作点。实施例1本实施例包括以下步骤：1、根据工业延迟焦化装置确定特定温度和压力下的参数：包括设计参数(反应器长度、直径)以及操作参数(流量、切换时间等)，并根据集总理论，将原料划分为四个集总，产品划分为6个集总；2、确定延迟焦化反应动力学模型采用集总理论，考虑反应过程的压力和温度稳定不变，建立延迟焦化集总动力学模型，速率常数通过阿仑尼乌斯方程进行计算，将反应器近似为管式反应器，不考虑反应器的径向扩散，产物反应速率方程如下：气体：dxG/dt＝kSGxS+kAGxA+kRGxR+kBGxB液化气：dxL/dt＝kSLxS+kALxA+kRLxR+kBLxB汽油：dxN/dt＝kSNxS+kANxA+kRNxR+kBNxB柴油：dxD/dt＝kSDxS+kADxA+kRDxR+kBDxB蜡油：dxV/dt＝kSVxS+kAVxA+kRVxR+kBVxB焦炭：dxC/dt＝kACxA+kRCxR+kBCxB3、延迟焦化反应动力学模型求解；根据延迟焦化反应动力学方程，结合装置参数，对模型输出进行求解，模拟延迟焦化产品收率；4、基于实际工业运行数据校正延迟焦化反应动力学参数。根据10集总反应网络，延迟焦化过程涉及23个反应，因此需校核的动力学因子包含23个活化能和23个指前因子。整个校核过程需要使用10套工业数据，包含进料条件、反应温度和产物收率。本专利技术收集了近6个月内不同工况条件下
的装置实时数据和实验室分析数据，如不同装置负荷，操作条件和产品方案等。所选的数据中，进料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于渣油延迟焦化过程的建模和优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据工业延迟焦化装置确定特定温度和压力下的参数，包括设计参数以及操作参数，并确定延迟焦化的集总划分方法；步骤2：确定延迟焦化反应网络及反应速率方程；步骤3：延迟焦化反应动力学模型的求解；步骤4：基于实际工业运行数据校正延迟焦化集总动力学参数；步骤5：确定优化策略；步骤6：优化计算。

【技术特征摘要】
1.一种用于渣油延迟焦化过程的建模和优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据工业延迟焦化装置确定特定温度和压力下的参数，包括设计参数以及操作参数，并确定延迟焦化的集总划分方法；步骤2：确定延迟焦化反应网络及反应速率方程；步骤3：延迟焦化反应动力学模型的求解；步骤4：基于实际工业运行数据校正延迟焦化集总动力学参数；步骤5：确定优化策略；步骤6：优化计算。2.根据权利要求1所述的建模和方法，其特征在于，所述设计参数包括反应器长度和直径。3.根据权利要求1所述的建模和方法，其特征在于，所述操作参数包括流量和切换时间。4.根据权利要求1所述的建模和方法，其特征在于，所述集总划分方法为：将原料分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个集总，产品分为气体、液化气、汽油、柴油、蜡油和焦炭六个集总。5.根据权利要求1所述的建模和方法，其特征在于，所述反应动力学参数主要包括：反应活化能和指前因子。6.根据权利要求1所述的建模和方法，其特征在于，所述反应网络为反应物...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，杨明磊，杜文莉，钟伟民，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31