專利名稱：一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工的裂解爐，更具體的，涉及石油化工生產(chǎn)裝置中裂解爐操作的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
管式裂解爐簡稱裂解爐，是生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴(苯、甲苯、二甲苯)等基礎(chǔ)有機化工原料的主要裝置，其中世界98%的乙烯是由裂解爐以蒸汽裂解方式生產(chǎn)的。乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯是最重要基礎(chǔ)有機化工原料，由它們生產(chǎn)的產(chǎn)品和衍生品被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，對促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的作用。蒸汽裂解技術(shù)始于二十世紀二十年代，經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展，蒸汽裂解技術(shù)發(fā)展日趨完善，近年新增的乙烯產(chǎn)能主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來生產(chǎn)的。自從改革開發(fā)以來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對乙烯、丙烯等基礎(chǔ)有機化工原料需求急劇增加，國內(nèi)乙烯工業(yè)的生產(chǎn)能力不能滿足市場需求，為此每年進口大量的乙烯等基礎(chǔ)有機化工原料及衍生品。為了解決國內(nèi)乙烯等基礎(chǔ)有機化工原料的市場供需矛盾，乙烯工業(yè)連續(xù)實施第二、三輪改擴建，盡管乙烯工業(yè)的生產(chǎn)能力得到顯著提高，但裂解爐的裂解原料的來源——煉油裝置生產(chǎn)能力卻沒有得到相應(yīng)增加。隨著國際原油價格的步步攀高，煉油企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，盡量購買相對比較廉價的原油，因此原油品質(zhì)下降且產(chǎn)地分布廣泛，導(dǎo)致煉油裝置生產(chǎn)的裂解原料物性變化頻繁，有時甚至導(dǎo)致石腦油等傳統(tǒng)裂解原料的供應(yīng)不足，被迫補充其他煉廠油品作為裂解原料，如加氫裂化柴油等。因此，如何優(yōu)化裂解爐操作，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，成為乙烯生產(chǎn)企業(yè)的面臨的難題。烴類蒸汽裂解反應(yīng)是在高溫(820_87(TC )條件下進行，蒸汽裂解過程是強吸熱過程，因此裂解爐運行需要消 耗大量的熱量，裂解爐的能耗約占到乙烯裝置能耗的70%左右。因此，優(yōu)化裂解爐生產(chǎn)操作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益，是裂解爐專利商、生產(chǎn)企業(yè)、科學(xué)院所長期以來嘗試解決的難題。在裂解爐技術(shù)發(fā)展過程中，裂解爐專利商扮演非常重要的角色。裂解爐專利商經(jīng)過重組合并，目前形成六大裂解爐專利商，即LUMMUS、S&M、KBR、TECKNIP、LINDE, SIN0PEC。烴類蒸汽裂解反應(yīng)機理和過程非常復(fù)雜，裂解產(chǎn)物達到上百種，因此蒸汽裂解技術(shù)是裂解爐技術(shù)的核心，蒸汽裂解反應(yīng)過程是裂解爐專利商和科學(xué)院所研究的重點。通過多年蒸汽裂解反應(yīng)過程研究，形成三種蒸汽裂解模型，即經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀虢?jīng)驗半理論模型、機理模型?；谡羝呀夥磻?yīng)模型，開發(fā)的裂解爐模擬軟件可模擬計算裂解產(chǎn)物收率、運行周期等，用于裂解爐設(shè)計和改造，如 SPYRO (TECHNIP)、PYPS (LUMMUS)、CRACKER、CRACKSM、FIHR 等。對于裂解爐的操作優(yōu)化，僅有ASPEN和TECHNIP提出了雙烯(乙烯+丙烯)收率的優(yōu)化方案，利用SPYRO軟件以及APSEN公司的分離裝置模擬技術(shù)及先進控制技術(shù)，優(yōu)化裂解爐生產(chǎn)操作，試圖通過提高雙烯的收率的方式提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。在裂解產(chǎn)物中，乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯具有較高的經(jīng)濟附加值，氫氣、碳四餾分、裂解汽油(不含苯、甲苯、二甲苯)、裂解柴油、裂解燃料油都具有一定的經(jīng)濟價值。而這些裂解產(chǎn)品或裂解產(chǎn)物組份的價格受原料價格和市場供需關(guān)系而發(fā)生波動，市場需求量大而供應(yīng)量的產(chǎn)品價格高，市場需求量小而供應(yīng)大的產(chǎn)品價格較低。對于烯烴廠而言，盡管雙烯(乙烯+丙烯)重量收率范圍為40-60%，受市場需求的影響，收率高的裂解產(chǎn)品價格未必高，收率地的產(chǎn)品價格未必低。因此。對于裂解爐操作優(yōu)化而言，需要考慮所有裂解產(chǎn)品或裂解產(chǎn)物組份的市場價格，而不是僅僅考慮雙烯的收率。不同裂解原料COT的操作范圍不同，如石腦油的通常為810-845 °C,輕烴為840-8700C，加氫尾油或柴油的為780-820°C。在裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化的優(yōu)化過程中，裂解原料、進料量、稀釋比保持不變，優(yōu)化僅僅調(diào)整爐管出口溫度(COT)，而COT的調(diào)整不會超過裂解原料的正常操作范圍內(nèi)。因此，通過優(yōu)化裂解爐操作，使烯烴廠每臺裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)品或裂解產(chǎn)物總價格達到最大，這樣才能最大程度上提高乙烯生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)值。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)中通過提高雙烯收率實現(xiàn)提高乙烯裝置的經(jīng)濟效益，卻忽略了其他裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品的經(jīng)濟價值以及市場價格對裂解爐生產(chǎn)操作的影響，實際不能有效提高烯烴生產(chǎn)企業(yè)的收入。為了克服傳統(tǒng)裂解爐操作優(yōu)化方法的缺陷，與現(xiàn)有技術(shù)采用提高雙烯收率提高經(jīng)濟效益的方法不同，本發(fā)明構(gòu)建工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型，用于優(yōu)化工業(yè)裂解爐操作，使裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值達到最大。本發(fā)明涉及工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型構(gòu)建的方法，在烯烴生產(chǎn)企業(yè)中，基于蒸汽裂解實驗數(shù)據(jù)建立裂解爐裂解產(chǎn)物預(yù)測模型，然后利用工業(yè)裂解爐實際運行的裂解深度數(shù)據(jù)校核預(yù)測模型，使預(yù)測模型計算值與工業(yè)裂解爐實際運行數(shù)據(jù)基本一致；基于校核的預(yù)測模型，建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型，并用于裂解爐操作優(yōu)化，使裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值達到最大。具體技術(shù)方案如下:本發(fā)明涉及到工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，在烯烴生產(chǎn)企業(yè)中，基于蒸汽裂解實驗數(shù)據(jù) 采用數(shù)學(xué)建模方法建立裂解爐裂解產(chǎn)物預(yù)測模型，然后采集工業(yè)裂解爐實際運行的裂解深度數(shù)據(jù)校核預(yù)測模型，使預(yù)測模型的計算值與工業(yè)裂解爐實際運行數(shù)據(jù)基本一致；基于校核的預(yù)測模型，建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型，并用于裂解爐操作優(yōu)化，使工業(yè)裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值達到最大。。所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法包括以下步驟:(I)建立預(yù)測模型:基于蒸汽裂解實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)建模方法建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測模型，可根據(jù)裂解原料物性、工業(yè)裂解爐操作條件計算裂解產(chǎn)物收率。(Yi = X (F，S，Χ0Τ, C0T, P)，Y1-表示裂解產(chǎn)物組份收率，F(xiàn)-進料量，S-稀釋比，XOT-橫跨段溫度，COT-爐管出口溫度，P-裂解原料物性)(2)采集裂解深度數(shù)據(jù):在裂解原料物性、進料量、蒸汽量不變的條件下，在工業(yè)裂解爐爐管出口溫度(COT)正常操作范圍內(nèi)，通過變動COT采集工業(yè)裂解爐運行的裂解深度數(shù)據(jù)。調(diào)整的溫度范圍COT溫度范圍與裂解原料有關(guān)，裂解爐的COT操作控制范圍總體為760-8700C也，裂解原料不同，調(diào)整的溫度范圍不同，石腦油的COT通?？刂圃?10-845°C，輕烴的控制在840-870°C，加氫尾油或柴油的控制在780-820°C。調(diào)整方法如下，在裂解原料溫度范圍內(nèi)，選擇至少任意三個不同COT溫度點進行運行
(3)模型校核:利用步驟(2)得到的工業(yè)裂解爐運行數(shù)據(jù)校核步驟(I)得到的預(yù)測模型，使校核的預(yù)測模型計算結(jié)果與工業(yè)裂解爐實際運行數(shù)據(jù)基本一致。(4)建立裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型:基于步驟(3)得到的預(yù)測模型建立裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型，可利用裂解產(chǎn)物價格、裂解原料物性、裂解爐運行數(shù)據(jù)計算出裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值最大的裂解爐操作條件。公式為
權(quán)利要求
1.種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，在烯烴生產(chǎn)企業(yè)中，所述方法為建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型優(yōu)化裂解爐操作，使工業(yè)裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值達到最大，所述的方法包括以下步驟: (1)建立預(yù)測模型:基于蒸汽裂解實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)建模方法建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測模型，(Yi = X (F,S, XOT, COT, P), Y1-表示裂解產(chǎn)物組份收率，F(xiàn)-進料量，S-稀釋比，XOT-橫跨段溫度，COT-爐管出口溫度，P-裂解原料物性)；根據(jù)裂解原料物性、工業(yè)裂解爐操作條件計算裂解產(chǎn)物收率； (2)采集裂解深度數(shù)據(jù):在裂解原料物性、進料量、蒸汽量不變的條件下，在工業(yè)裂解爐爐管出口溫度(COT)正常操作范圍內(nèi)，通過變動出口溫度(COT)采集工業(yè)裂解爐運行的裂解深度數(shù)據(jù)； (3)模型校核:利用步驟(2)得到的工業(yè)裂解爐運行數(shù)據(jù)校核步驟(I)得到的預(yù)測模型，使校核后的預(yù)測模型計算結(jié)果與工業(yè)裂解爐實際運行數(shù)據(jù)一致； (4)建立裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型:基于步驟(3)得到的預(yù)測模型建立裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型；公式為V(m) = ix(F，S，XOT，COT(m)，PU F X PRj , Vmax =;=1max (V (m))，其中F-進料量，S-稀釋比，XOT-橫跨段溫度，COT (m)-爐管出口溫度，P-裂解原料物性，PRj-裂解產(chǎn)物組份價格，V (m)-裂解產(chǎn)物總價值，Vmax-裂解產(chǎn)物總價值最大值； (5)求取裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化的操作條件:根據(jù)步驟(4)的最大化模型，輸入裂解產(chǎn)物價格、裂解原料物性、裂解爐運行數(shù)據(jù)計算出裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品總價值最大的裂解爐操作條件。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一 種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述方法中涉及的生產(chǎn)裝置主要包括裂解爐和分離(回收)裝置。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解爐的裂解原料主要由C2 C35飽和烴構(gòu)成，主要包括且不限于乙烷、丙烷和丁烷的混合LPG、石腦油、柴油、加氫尾油。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述裂解原料物性主要包括密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)、氫含量或碳含量或碳氫比、殘?zhí)贾怠⒎肿恿?、關(guān)聯(lián)指數(shù)(BMCI)和折光指數(shù)等，或者為裂解原料的詳細組成及其含量構(gòu)成。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解產(chǎn)物主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丙二烯、丁烷、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、裂解汽油、裂解柴油、裂解燃料油。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解產(chǎn)品是裂解原料經(jīng)過裂解爐、分離裝置出來的產(chǎn)品，主要以乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等有機化工原料為主，包括由氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、碳四餾分(丁烷和丁烯)、苯、甲苯、二甲苯、裂解汽油(不含芳烴)、裂解燃料油構(gòu)幾種組合或全部構(gòu)成。
7.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解深度為裂解產(chǎn)物兩種裂解產(chǎn)物的重量收率比值，主要包括丙烯/乙烯、甲烷/丙烯。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解深度是在工業(yè)裂解爐在保持裂解原料物性、進料量、水油比不變的條件下，在裂解爐COT正常操作范圍之內(nèi)，通過調(diào)整至少三個COT溫度，以便獲得所需的裂解深度數(shù)據(jù)。
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解深度是在工業(yè)裂解爐在保持裂解原料物性、進料量、水油比不變的條件下，在裂解爐COT正常操作范圍之內(nèi)，通過調(diào)整至少五個COT溫度，以便獲得所需的裂解深度數(shù)據(jù)。
10.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的模型校核的方法利用預(yù)測模型計算工業(yè)裂解爐操作條件下裂解產(chǎn)物收率及裂解深度，通過對比計算值和工業(yè)運行數(shù)據(jù)，調(diào)整預(yù)測模型中的C0T，使計算值與工業(yè)運行的數(shù)據(jù)一致。
11.據(jù)權(quán)利要求10所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述計算值和工業(yè)運行數(shù)據(jù)的一致是計算值與實際運行數(shù)據(jù)偏差在10%以內(nèi)，且數(shù)值變化規(guī)律一致。
12.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型是以裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測模型為基礎(chǔ)，根據(jù)裂解原料的物性、裂解爐運行數(shù)據(jù)、裂解產(chǎn)物價格，在裂解爐操作條件約束范圍內(nèi)，采用數(shù)學(xué)方法搜索或者計算出裂解產(chǎn)物總價值最大的操作條件。
13.據(jù)權(quán)利要求12所述的一種工 業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的裂解爐裂解產(chǎn)物收率預(yù)測模型是基于蒸汽裂解試驗數(shù)據(jù)回歸的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)裂解原料物性和裂解爐操作條件計算裂解產(chǎn)物收率。
14.據(jù)權(quán)利要求12所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的尋找最優(yōu)化條件的數(shù)學(xué)方法包括且不限于搜索方法。
15.據(jù)權(quán)利要求12所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的工業(yè)裂解爐運行數(shù)據(jù)由原料進料量、稀釋蒸汽量或者稀釋比、橫跨段溫度(XOT)構(gòu)成，價值優(yōu)化的操作條件為爐管出口溫度(C0T)。
16.據(jù)權(quán)利要求12所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述裂解原料物性包括密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)、氫含量或碳含量或碳氫比、殘?zhí)贾怠⒎肿恿?、關(guān)聯(lián)指數(shù)(BMCI)和折光指數(shù)等，或者為裂解原料的詳細組成及其含量構(gòu)成。
17.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述的數(shù)學(xué)建模方法包括支持向量機(SVM)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元非線性回歸、遺傳算法。
全文摘要
本發(fā)明涉及到工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型的構(gòu)建方法，在烯烴生產(chǎn)企業(yè)中，基于蒸汽裂解實驗數(shù)據(jù)建立工業(yè)裂解爐裂解產(chǎn)物預(yù)測模型，利用工業(yè)裂解爐實際運行的裂解深度數(shù)據(jù)校核預(yù)測模型，基于校核的預(yù)測模型建立裂解爐裂解產(chǎn)物價值最大化模型并用于優(yōu)化裂解爐操作，使裂解爐生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物或裂解產(chǎn)品市場總價格達到最大。
文檔編號C10G9/14GK103087755SQ20111033288
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者張利軍, 杜志國, 王國清, 張永剛, 李蔚, 周叢, 張兆斌, 薛麗敏 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