[发明专利]一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过程优化运行方法，尤其是一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法。

背景技术

反应过程模型研究是进行工艺、工程技术开发和优化的基础，而动力学研究又是反应工程模型研究的基础。动力学研究的任务是通过考察反应过程的化学特性，定量了解反应温度、反应物浓度、催化剂等条件对反应过程的影响，认识其规律与机理，建立动力学模型，从而为工业反应器的设计、生产操作条件的优化、及生产工艺的改造等提供依据和手段，因此建立能准确描述反应过程的动力学模型具有重要意义。

精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，以下简称PTA)是合成聚酯纤维和塑料的重要原料，主要用来合成聚酯的中间体苯二甲酸乙二醇。不同的PTA生产工艺在对二甲苯氧化反应工艺中存在较大差别，但在粗对苯二甲酸(Terephthalic Acid，以下简称TA)加氢反应过程中工艺路线基本一致。

图1是AMOCO工艺中粗对苯二甲酸加氢精制反应过程主要单元的工艺流程图，TA、氢气和饱和蒸汽在反应器顶部进入固定床式反应器，流经装填有Pd/C催化剂的床层，TA中所含杂质对羧基苯甲醛(4-Carboxybenzaldehyde，以下简称为4-CBA)主要在高温、高压下与氢气发生还原反应，生成对甲基苯甲酸(p-Toluic Acid，以下简称为PT酸)，伴随副产物对羟甲基苯甲酸(4-hydroxymethylbenzoic acid，简称4-HMBA)和苯甲酸(Benzoic Acid，以下简称为BA)。因此加氢精制工艺主要是利用氧化反应的逆反应原理，在高温高压下将TA溶解于水，在Pd/C催化剂的作用下进行加氢反应，使TA中的4-CBA等有害杂质还原，从而被水洗掉，使产品达到纤维级标准。

研究表明，粗对苯二甲酸加氢精制反应过程极其复杂，存在多种副反应，而且主反应也并非一步完成的。由于粗对苯二甲酸加氢精制反应的复杂性，反应体系中有中间产物和副产物，对所有的组分都加以考虑，无论从分析角度还是模型计算角度都是不可能的，到目前为止还没有适用于粗对苯二甲酸加氢精制反应过程操作条件优化的模型极其优化运行方法。

发明内容

本发明提供了一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法。此方法基于反应动力学模型和加氢反应器模型，根据实际工业数据，应用了基于相位角的粒子群优化算法，对动力学模型进行校正，并在校正后模型的基础上，再次应用基于相位角的粒子群优化算法，根据实际工业生产目标，对工艺操作条件进行优化，以达到对化学反应过程进行准确描述和实现工业生产节能降耗的目的。

一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1.采集工业反应器实时和历史数据；

2.根据TA进料，得到人工分析值：TA浓度，TA中4-CBA、PT酸的含量和催化剂床层的高度、单位床层体积装填催化剂的质量；

3.在工业反应器后第5级结晶器处，采集精对苯二甲酸样本，分析确定样本中4-CBA、

4-HMBA、PT酸和BA组分含量，并通过物料平衡计算得到反应器出口处4-CBA、4-HMBA、PT酸和BA组分含量的采样值；同时，根据各采样时刻不同的工况数据及已得人工分析值，通过动力学模型和反应器模型计算出反应器出口处相应的4-CBA、4-HMBA、PT酸和BA组分含量的预测值；

4.利用基于相位角的粒子群智能优化算法，粒子的维数对应需要校正的模型参数的个数，各维的位置值对应各模型参数的值，各维的相位角对应各模型参数的角度位置，计算粒子群中每个粒子的适应度，对动力学模型参数进行校正，直至达到校正目标；

5.利用基于相位角的粒子群智能优化算法，粒子的维数对应需要优化的操作条件参数的个数，各维的位置值对应各操作条件参数值，各维的相位角对应各工艺操作条件参数的角度位置，计算每个粒子的适应度，对操作条件参数进行优化，直至达到优化目标。

所述步骤①中的实时和历史数据为反应温度、TA进料量、氢气进料量、饱和蒸汽进料量。