石油化工1166PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷第12期工業(yè)技術(shù)丙烯塔在線優(yōu)化策略及應(yīng)用張惠良羅雄麟鱗張春良2尚德寬2陳志1.中國(guó)石油大敩北京)自動(dòng)化研究所北京1022492.中國(guó)石油錦西石化分公司遼寧葫蘆島125001)[摘要]針對(duì)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(jì)收益最大化的在線優(yōu)化模型及與魯棒多變量控制器 RMPCT〕的接口。改進(jìn)可變?nèi)莶罘ㄖ蟹糯笙禂?shù)與收縮系數(shù)的取法提高了尋優(yōu)速度,可滿足在線優(yōu)化對(duì)尋優(yōu)速度的要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的結(jié)果表明在線優(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(wěn)塔頂丙烯的摩爾分?jǐn)?shù)從99.9%降至∞9.6%~99.8%塔釜丙烷的摩爾分?jǐn)?shù)從∞%~93%増至9.4%~99.6%。在線優(yōu)化提高了丙烯收率降低了能耗。[關(guān)鍵詞]在線優(yōu)化丙烯精餾塔河變?nèi)莶罘怏w分餾[文章編號(hào)]1000-81442006)2-1166-05[中圖分類號(hào)]TQ018[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)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(dāng)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(guó)對(duì)裝置或單中國(guó)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(jié)構(gòu)脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔、輕CPlus和PROⅡ等)建立流程模型根據(jù)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(jì)效益,裂代中國(guó)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)源及脫丙烷線做出調(diào)整。在線優(yōu)化技術(shù)能根據(jù)工況的變化在線塔與脫乙烷塔處理能力的影響丙烯塔進(jìn)料量范圍調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的操作點(diǎn)使裝置達(dá)到優(yōu)化平穩(wěn)操作。[收稿日期]2006-07-12[修改稿日期]2006-08-18。應(yīng)用在線優(yōu)化技術(shù)可使煉油、化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[作者簡(jiǎn)介]張惠良1963-)男浙江省龍游市人博士后電話提高3%方搦國(guó)外一些著名的化工過(guò)程模擬或010-8973306電郵ahig.comn第12期張惠良等.丙烯塔在線優(yōu)化策略及應(yīng)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(jí)的丙烯摩爾分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)在99%以上丙式1)中右邊第一項(xiàng)為丙烯產(chǎn)品的單位經(jīng)濟(jì)收益烷的摩爾分?jǐn)?shù)在90%~93%。針對(duì)丙烯塔的情況第二項(xiàng)為丙烯流失的經(jīng)濟(jì)損失第三項(xiàng)為能耗成本采用先進(jìn)控制實(shí)施在線優(yōu)化在保證產(chǎn)品丙烯合格第四項(xiàng)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(duì)于給定的進(jìn)料量和進(jìn)料組分降低能耗從而達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益?？蛇x用丙烯塔頂餾岀物中丙烯摩爾分?jǐn)?shù)(xυ)和丙本工作結(jié)合丙烯塔優(yōu)化與先進(jìn)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)烯塔釜采出物中丙烯摩爾分?jǐn)?shù)(xw)作為優(yōu)化控制設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)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(jié)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(shù)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(shù)為10塊。來(lái)自脫乙烷這是基于理論板概念的平衡級(jí)模型緞假設(shè)離開(kāi)任一級(jí)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(shù)學(xué)模型為高維的非線性方程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為非線性優(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(bǔ)充。由于缺少加熱蒸汽流量計(jì)所以加熱蒸身及相關(guān)附屬設(shè)備的生產(chǎn)能力限制、過(guò)程變量的允汽的量需根據(jù)加熱蒸汽控制閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行計(jì)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?yàn)閮?yōu)化只求解一個(gè)比當(dāng)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(shè)置操作變量的優(yōu)化浮動(dòng)上、下限在當(dāng)前操作點(diǎn)為中心的一個(gè)范圍Reboiler圖1丙烯塔的流程內(nèi)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?jī)?yōu)化浮動(dòng)上、下限部?jī)?yōu)化為優(yōu)化丙烯塔的操作條件所設(shè)計(jì)的目標(biāo)函且S中國(guó)煤化工Vm和SVm分別為加數(shù)不僅與產(chǎn)品的售價(jià)、成本、能耗等指標(biāo)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(duì)文獻(xiàn)6]中局部?jī)?yōu)化的SV≥V成本目標(biāo)函數(shù)加以調(diào)整增加丙烯產(chǎn)品的單位經(jīng)濟(jì)塔頂與塔釜溫度為收益項(xiàng)得到單位綜合經(jīng)濟(jì)收益優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)(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(shù)α)放大系數(shù)γ)及收縮系數(shù)β)對(duì)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(zhǔn)則或標(biāo)準(zhǔn)一般取a=1.0a>0)y=2.0y>1.0)B=0.0