[发明专利]一种乙烯裂解原料配置的预测和优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程领域，特别涉及一种乙烯裂解原料配置的预测和优化方法。

背景技术

乙烯工业是石油化工行业的龙头，乙烯装置生产的三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯）是石油化工行业的基础原料，乙烯产量历来是衡量一个国家的石油化工发展水平的标志。我国乙烯工业坚持积极消化引进技术再创新及坚持以技术改造为主走内涵发展的道路，使我国乙烯技术在发展中取得了许多丰硕成果。通过乙烯装置的改扩建，使我国乙烯装置向着“大型、先进、深度、系列、集约”的方向发展。装置操作最优化使大型乙烯装置更具行业竞争力。生产规模的不断扩大，随之带来的是各种先进的控制技术和优化技术在乙烯装置的应用高潮，其中乙烯装置操作的优化是提高乙烯厂效益的最有效途径。

同时，随着国际原油市场价格波动，以及下游产品（乙烯衍生物）的市场价格波动，传统的以双烯（乙烯加丙烯）收率最大化为目标的生产模式严重影响了乙烯生产企业的经济效益，提高高附加产品收率和经济效益最大化已经成为乙烯生产企业提升企业综合经济效益的主要方向。然而，受国内石油化工行业格局的限制，我国绝大多数乙烯生产企业普遍存在裂解原料来源复杂、原料种类繁多的特点。目前各乙烯生产企业大多根据以往的历史数据或者离线机理模型（如SPYRO）并结合技术人员的生产经验采用人工核算的办法。然而这种估算乙烯裂解装置需要的运行参数和裂解原料，需要耗费大量的人力和物力，且估算出来的结果粗糙，当裂解原料发生变化时无法及时地调整装置运行参数。因此，本发明将基于对乙烯装置的深刻理解与认识，开发一种实用的乙烯裂解装置裂解原料配置的预测和优化方法。

发明内容

本发明的目的在于建立以不同裂解原料属性、产品收率、产品市场价格、裂解原料市场价格、装置的生产能力为自变量，以装置的整体效益为因变量的函数（映射）关系，提出一种裂解装置的负荷配置预测和优化方法，为企业生产的管理层提供强有力的指导和决策工具，有效地对生产过程进行操作参数调整和产品结构调整，实现乙烯生产过程的效益最大化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种乙烯裂解原料配置的预测和优化方法，以不同裂解原料属性、产品收率、产品市场价格、裂解原料市场价格、装置的生产能力为自变量，以装置的整体效益为因变量，提出一种裂解装置的负荷配置预测和优化方法，包括以下步骤：

（1）实际工业数据采集和预处理

采集现场工业数据包括各台裂解炉的进料流量、汽烃比、横跨段温度、炉管出口温度、炉管出口压力和裂解气在线分析结果，采用专门用于小样本异常值剔除的格拉布斯准则，对工业数据进行显著误差剔除和数据补缺；

（2）不同类型裂解原料分类

对裂解原料的特性表征参数包括LPG的详细组成、轻石脑油、石脑油和重油的PIONA值及馏程进行聚类，聚类方法为K均值聚类算法，根据历史数据将各类型裂解原料分成若干个类别，对应不同类别的裂解原料建立收率预测模型；

（3）建立特定原料属性下的收率预测模型

利用裂解炉机理模拟软件构建实际工业乙烯裂解炉的机理模型，机理模型输入变量包括裂解炉进料负荷F、裂解过程稀释蒸汽流量DS、裂解原料横跨段温度CIT、裂解炉炉管出口温度COT和压力COP；输出结果为不同条件下详细裂解气组成或裂解气组成和炉管出口温度；

机理模型建立好后，通过步骤1中的工业数据进行模型修正，使机理模型的预测结果和工业结果一致，以此方法建立所有裂解炉裂解不同裂解原料时的收率预测模型，提供产品预测信息；

（4）模型和优化求解约束条件

当市场情况对各主要目标产物提出一定的产量要求时，根据产品需求和经济效益依据步骤3所建立的收率预测模型对采购原料的族组成、馏程、密度理化性质及其比例进行优化配比；模型框架包括模型输入、模型计算、模型输出、优化目标和优化结果，首先根据不同的优化目标，选择所必须的输入变量；再通过收率预测模型获得各对应输入的产品组成和产量，并计算经济效益；接着基于优化目标，并结合相应的优化算法进行优化，最终获得相应优化结果；

同时优化时规定各所涉变量的范围，及模型的约束条件，包括：

各台裂解炉的生产负荷：F_i,min<F<F_i,max，i=1,…,N，

各台裂解炉出口温度：COT_i,min<COT<COT_i,max，i=1,…,N，