丙烯塔在線(xiàn)優(yōu)化策略及應用

石油化工1166PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷第12期工業(yè)技術(shù)丙烯塔在線(xiàn)優(yōu)化策略及應用張惠良羅雄麟鱗張春良2尚德寬2陳志1.中國石油大敩北京)自動(dòng)化研究所北京1022492.中國石油錦西石化分公司遼寧葫蘆島125001)[摘要]針對錦西石化分公司3ka氣體分餾裝置的丙烯塔建立了基于丙烯塔單位綜合經(jīng)濟收益最大化的在線(xiàn)優(yōu)化模型及與魯棒多變量控制器 RMPCT〕的接口。改進(jìn)可變容差法中放大系數與收縮系數的取法提高了尋優(yōu)速度,可滿(mǎn)足在線(xiàn)優(yōu)化對尋優(yōu)速度的要求?，F場(chǎng)應用的結果表明在線(xiàn)優(yōu)化的尋優(yōu)速度從8min次提高到2min/次以上丙烯塔操作平穩塔頂丙烯的摩爾分數從99.9%降至∞9.6%~99.8%塔釜丙烷的摩爾分數從∞%~93%増至9.4%~99.6%。在線(xiàn)優(yōu)化提高了丙烯收率降低了能耗。[關(guān)鍵詞]在線(xiàn)優(yōu)化丙烯精餾塔河變容差法氣體分餾[文章編號]1000-81442006)2-1166-05[中圖分類(lèi)號]TQ018[文獻標識碼]AOnline Optimization for Propylene Rectification TowerZhang Huiliang luo Xionglin' Zhang Chunliang shang Dekuan Chen Zhi(1. Research Institute of Automation niversity of Petroleum Beijing 102249 c hina2. Jinxi Petroleum and Chemicals Co. Petro China Company Limted Huludao Liaoning 125001 ChinaAbstract For optimizing operation of propylene rectification tower in a 300 kt/a liquefiedhydrocarbon separation installation software consisting of online process optimization model and itsinterface with advanced controller( RMPCt)was developed. The online optimization calculation isaccelerated by improving magnifying and contracting coefficients of flexible tolerance method. Theoptimization running time decreases from 8 to less than 2 minutes per time. By online optimizationoperation stability of propylene rectification tower is improved. Mole fraction of propylene in topproducts lowers only from 99. 9%to 99. 6%0-99 8% but mole fraction of propane in bottom productsrises from 90%-93% to 99. 4%0-99 6%. Yield of propylene increases and energy consumption ofpropylene rectification tower is reducedKeywords online optimization propylene rectification tower flexible tolerance method gasfractionation精餾是能耗最大的化工單元操作之一特別是控制公司都相繼推出了各自的在線(xiàn)優(yōu)化軟件而我在石油煉制和某些化工企業(yè)中精餾幾乎消耗了主國在該領(lǐng)域的研究和軟件開(kāi)發(fā)與世界先進(jìn)水平還存要的能量。實(shí)施過(guò)程優(yōu)化是當前提高生產(chǎn)效率、在很大的差距降低能耗最重要的手段之一。目前我國對裝置或單中國石油錦西石化分公司300kta氣體分餾裝元的操作優(yōu)化主要是利用流程模擬軟件( Aspen置為5塔結構脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔、輕CPlus和PROⅡ等)建立流程模型根據不同的工況塔和重C4塔)原料是脫硫后的液化烴、重油催化條件優(yōu)化操作方案21。為提高裝置的經(jīng)濟效益,裂代中國煤化工來(lái)的液化烴。丙烯塔在實(shí)際操作過(guò)程中要求隨產(chǎn)品價(jià)格、工況等變化在是氣CNMHG受原料來(lái)源及脫丙烷線(xiàn)做出調整。在線(xiàn)優(yōu)化技術(shù)能根據工況的變化在線(xiàn)塔與脫乙烷塔處理能力的影響丙烯塔進(jìn)料量范圍調節生產(chǎn)過(guò)程的操作點(diǎn)使裝置達到優(yōu)化平穩操作。[收稿日期]2006-07-12[修改稿日期]2006-08-18。應用在線(xiàn)優(yōu)化技術(shù)可使煉油、化工企業(yè)的經(jīng)濟效益[作者簡(jiǎn)介]張惠良1963-)男浙江省龍游市人博士后電話(huà)提高3%方搦國外一些著(zhù)名的化工過(guò)程模擬或010-8973306電郵ahig.comn第12期張惠良等.丙烯塔在線(xiàn)優(yōu)化策略及應用1167較寬(10.0~21.5t/h),進(jìn)料組分的波動(dòng)也較大為確保丙烯產(chǎn)品合格(聚合級的丙烯摩爾分數大于99.6%)往往以降低丙烯收率和增加能耗為代價(jià)。實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品丙烯的摩爾分數在99%以上丙式1)中右邊第一項為丙烯產(chǎn)品的單位經(jīng)濟收益烷的摩爾分數在90%~93%。針對丙烯塔的情況第二項為丙烯流失的經(jīng)濟損失第三項為能耗成本采用先進(jìn)控制實(shí)施在線(xiàn)優(yōu)化在保證產(chǎn)品丙烯合格第四項為進(jìn)料成本。的前提下降低丙烯純度的富裕量提高丙烯收率、由式1)可見(jiàn)對于給定的進(jìn)料量和進(jìn)料組分降低能耗從而達到更好的經(jīng)濟效益?？蛇x用丙烯塔頂餾岀物中丙烯摩爾分數(xυ)和丙本工作結合丙烯塔優(yōu)化與先進(jìn)控制系統的開(kāi)發(fā)烯塔釜采出物中丙烯摩爾分數(xw)作為優(yōu)化控制設計建立了丙烯塔的優(yōu)化模型和優(yōu)化求解方法建變量。但在過(guò)程控制中A和xw由調節回流量立了優(yōu)化層與先進(jìn)控制的連接方法L)和加熱蒸汽閥開(kāi)度(V)進(jìn)行控制,為了使優(yōu)化結果能通過(guò)魯棒多變量控制器( RMPCT)實(shí)施選取1優(yōu)化模型與約束條件L和ⅴ為丙烯塔優(yōu)化控制變量。1.1丙烯塔的流程丙烯塔的數茡模型由物料衡算方程、相平衡方程、丙烯塔的流程見(jiàn)圖1。丙烯塔由Ⅰ和Ⅱ兩部分歸一化方程和能量衡算方程(MESH方程組)組成。組成每部分的實(shí)際塔板數為10塊。來(lái)自脫乙烷這是基于理論板概念的平衡級模型緞假設離開(kāi)任一級塔釜的液相物流進(jìn)入丙烯塔I的第35塊塔板丙烯的兩相物流處于相平衡狀態(tài)。通過(guò)聯(lián)立求解MESH塔塔釜液相物流丙烷)經(jīng)冷卻器冷卻至40℃后采方程組得到各理論板的溫度、組成和流量分布。出丙烯塔塔頂氣相物流(丙烯)經(jīng)冷凝器冷卻至由于丙烯塔的數學(xué)模型為高維的非線(xiàn)性方程40℃后進(jìn)入回流罐升壓至2.5MPa后,部分作為組和xw與L和V之間為隱式非線(xiàn)性關(guān)系因液相回流另一部分作為產(chǎn)品。丙烯塔再沸器的加熱此求解最優(yōu)的L和v為非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題介質(zhì)由兩部分組成首先采用來(lái)自套催化裂化裝置1.3優(yōu)化約束條件的熱水65~110℃)熱量不足部分由1.0MPa的加約束條件主要為丙烯塔物料與能量平衡、塔本熱蒸汽補充。由于缺少加熱蒸汽流量計所以加熱蒸身及相關(guān)附屬設備的生產(chǎn)能力限制、過(guò)程變量的允汽的量需根據加熱蒸汽控制閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行計算。許范圍及產(chǎn)品的質(zhì)量要求。丙烯塔的物料平衡關(guān)系為塔頂丙烯與塔釜丙烯的含量要求為xD≥99.6%xw≤5%因為優(yōu)化只求解一個(gè)比當前操作條件更好的條件而非求解一個(gè)全局最優(yōu)點(diǎn)為此設置操作變量的優(yōu)化浮動(dòng)上、下限在當前操作點(diǎn)為中心的一個(gè)范圍Reboiler圖1丙烯塔的流程內進(jìn)行優(yōu)化。操作變量的約束條件為Fig. I Flow diagram of propylene rectification tower.m≤L≤SLmSVmn≤V≤Sv1.2丙烯塔的優(yōu)化模型由于丙烯塔的優(yōu)化僅是整個(gè)氣體分餾裝置的局式中SLm和SLm分別為回流量?jì)?yōu)化浮動(dòng)上、下限部?jì)?yōu)化為優(yōu)化丙烯塔的操作條件所設計的目標函且S中國煤化工Vm和SVm分別為加數不僅與產(chǎn)品的售價(jià)、成本、能耗等指標有關(guān)同時(shí)熱HCNMH下限,且SVm≤Vm需考慮丙烯的產(chǎn)量。為此對文獻6]中局部?jì)?yōu)化的SV≥V成本目標函數加以調整增加丙烯產(chǎn)品的單位經(jīng)濟塔頂與塔釜溫度為收益項得到單位綜合經(jīng)濟收益優(yōu)化目標函數(P),們mn≤T≤Tmx見(jiàn)式1)72min≤T2≤T2mx石油化1168PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷式中T為丙烯塔頂溫度2為丙烯塔釜溫度。系數α)放大系數γ)及收縮系數β)對尋優(yōu)速度尋優(yōu)方法有較大的影響目前尚無(wú)選取的準則或標準一般取a=1.0a>0)y=2.0y>1.0)B=0.0