丙烯塔在线优化策略及应用

石油化工1166PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷第12期工业技术丙烯塔在线优化策略及应用张惠良罗雄麟鱗张春良2尚德宽2陈志1.中国石油大敩北京)自动化研究所北京1022492.中国石油锦西石化分公司辽宁葫芦岛125001)[摘要]针对锦西石化分公司3ka气体分馏装置的丙烯塔建立了基于丙烯塔单位综合经济收益最大化的在线优化模型及与鲁棒多变量控制器 RMPCT〕的接口。改进可变容差法中放大系数与收缩系数的取法提高了寻优速度,可满足在线优化对寻优速度的要求。现场应用的结果表明在线优化的寻优速度从8min次提高到2min/次以上丙烯塔操作平稳塔顶丙烯的摩尔分数从99.9%降至∞9.6%~99.8%塔釜丙烷的摩尔分数从∞%~93%増至9.4%~99.6%。在线优化提高了丙烯收率降低了能耗。[关键词]在线优化丙烯精馏塔河变容差法气体分馏[文章编号]1000-81442006)2-1166-05[中图分类号]TQ018[文献标识码]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精馏是能耗最大的化工单元操作之一特别是控制公司都相继推出了各自的在线优化软件而我在石油炼制和某些化工企业中精馏几乎消耗了主国在该领域的研究和软件开发与世界先进水平还存要的能量。实施过程优化是当前提高生产效率、在很大的差距降低能耗最重要的手段之一。目前我国对装置或单中国石油锦西石化分公司300kta气体分馏装元的操作优化主要是利用流程模拟软件( Aspen置为5塔结构脫丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔、轻CPlus和PROⅡ等)建立流程模型根据不同的工况塔和重C4塔)原料是脱硫后的液化烃、重油催化条件优化操作方案21。为提高装置的经济效益,裂代中国煤化工来的液化烃。丙烯塔在实际操作过程中要求随产品价格、工况等变化在是气CNMHG受原料来源及脱丙烷线做出调整。在线优化技术能根据工况的变化在线塔与脫乙烷塔处理能力的影响丙烯塔进料量范围调节生产过程的操作点使装置达到优化平稳操作。[收稿日期]2006-07-12[修改稿日期]2006-08-18。应用在线优化技术可使炼油、化工企业的经济效益[作者简介]张惠良1963-)男浙江省龙游市人博士后电话提高3%方搦国外一些著名的化工过程模拟或010-8973306电邮ahig.comn第12期张惠良等.丙烯塔在线优化策略及应用1167较宽(10.0~21.5t/h),进料组分的波动也较大为确保丙烯产品合格(聚合级的丙烯摩尔分数大于99.6%)往往以降低丙烯收率和增加能耗为代价。实际生产中产品丙烯的摩尔分数在99%以上丙式1)中右边第一项为丙烯产品的单位经济收益烷的摩尔分数在90%~93%。针对丙烯塔的情况第二项为丙烯流失的经济损失第三项为能耗成本采用先进控制实施在线优化在保证产品丙烯合格第四项为进料成本。的前提下降低丙烯纯度的富裕量提高丙烯收率、由式1)可见对于给定的进料量和进料组分降低能耗从而达到更好的经济效益。可选用丙烯塔顶馏岀物中丙烯摩尔分数(xυ)和丙本工作结合丙烯塔优化与先进控制系统的开发烯塔釜采出物中丙烯摩尔分数(xw)作为优化控制设计建立了丙烯塔的优化模型和优化求解方法建变量。但在过程控制中A和xw由调节回流量立了优化层与先进控制的连接方法L)和加热蒸汽阀开度(V)进行控制,为了使优化结果能通过鲁棒多变量控制器( RMPCT)实施选取1优化模型与约束条件L和ⅴ为丙烯塔优化控制变量。1.1丙烯塔的流程丙烯塔的数茡模型由物料衡算方程、相平衡方程、丙烯塔的流程见图1。丙烯塔由Ⅰ和Ⅱ两部分归一化方程和能量衡算方程(MESH方程组)组成。组成每部分的实际塔板数为10块。来自脱乙烷这是基于理论板概念的平衡级模型缎假设离开任一级塔釜的液相物流进入丙烯塔I的第35块塔板丙烯的两相物流处于相平衡状态。通过联立求解MESH塔塔釜液相物流丙烷)经冷却器冷却至40℃后采方程组得到各理论板的温度、组成和流量分布。出丙烯塔塔顶气相物流(丙烯)经冷凝器冷却至由于丙烯塔的数学模型为高维的非线性方程40℃后进入回流罐升压至2.5MPa后,部分作为组和xw与L和V之间为隐式非线性关系因液相回流另一部分作为产品。丙烯塔再沸器的加热此求解最优的L和v为非线性优化问题介质由两部分组成首先采用来自套催化裂化装置1.3优化约束条件的热水65~110℃)热量不足部分由1.0MPa的加约束条件主要为丙烯塔物料与能量平衡、塔本热蒸汽补充。由于缺少加热蒸汽流量计所以加热蒸身及相关附属设备的生产能力限制、过程变量的允汽的量需根据加热蒸汽控制阀门的开度进行计算。许范围及产品的质量要求。丙烯塔的物料平衡关系为塔顶丙烯与塔釜丙烯的含量要求为xD≥99.6%xw≤5%因为优化只求解一个比当前操作条件更好的条件而非求解一个全局最优点为此设置操作变量的优化浮动上、下限在当前操作点为中心的一个范围Reboiler图1丙烯塔的流程内进行优化。操作变量的约束条件为Fig. I Flow diagram of propylene rectification tower.m≤L≤SLmSVmn≤V≤Sv1.2丙烯塔的优化模型由于丙烯塔的优化仅是整个气体分馏装置的局式中SLm和SLm分别为回流量优化浮动上、下限部优化为优化丙烯塔的操作条件所设计的目标函且S中国煤化工Vm和SVm分别为加数不仅与产品的售价、成本、能耗等指标有关同时热HCNMH下限,且SVm≤Vm需考虑丙烯的产量。为此对文献6]中局部优化的SV≥V成本目标函数加以调整增加丙烯产品的单位经济塔顶与塔釜温度为收益项得到单位综合经济收益优化目标函数(P),们mn≤T≤Tmx见式1)72min≤T2≤T2mx石油化1168PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷式中T为丙烯塔顶温度2为丙烯塔釜温度。系数α)放大系数γ)及收缩系数β)对寻优速度寻优方法有较大的影响目前尚无选取的准则或标准一般取a=1.0a>0)y=2.0y>1.0)B=0.0