重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法

專利名稱：重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法
技術領域：
本發明涉及石油化工裂解爐裂解產物價值模型的構建方法，更具體的，涉及重質原料工業裂解爐裂解產物 價值最大化模型的構建方法。
背景技術：
石油化學工業是國民經濟的支柱產業，石油化工產品(簡稱石化產品)廣泛應用國民經濟各個領域，對促進國民經濟發展具有重要。石油化工大多數中間產品和石化產品均以低碳烯烴和芳烴為基礎原料。低碳烯烴和芳烴所用原料烴約占石化生產總耗用原料烴的四分之三。低碳烯烴主要由乙烯、丙烯、丁二烯構成，芳烴主要由苯、甲苯、二甲苯構成。在石油化學工業中，除由重整生產芳烴以及由催化裂化副產物中回收丙烯、丁烯、丁二烯之夕卜，主要由乙烯裝置生產各種烯烴和芳烴。乙烯裝置由裂解爐和分離裝置構成，而裂解爐是乙烯裝置的龍頭生產裝置。乙烯是最重要的基礎有機化工原料，目前98%以上的乙烯是由裂解爐以蒸汽裂解方式生產的。乙烯主要用于生產高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚氯乙烯、環氧乙烷、乙二醇、乙醇、苯乙烯、乙醛、醋酸、α -烯烴、聚乙烯醇、乙丙橡膠等石化產品。丙烯主要用于生產聚丙烯、丙烯晴、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、異丙醇、丙烯酸及其脂類、環氧丙烷、環氧氯丙烷、丙綸等石化產品。目前，50 70%以上的丙烯是由裂解爐以蒸汽裂解生產的。丁二烯主要用于生成順丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯、SBS、ABS樹脂等石化產品。石油化工工業初期，丁二烯主要由丁烯或丁烷脫氫生產。目前，90%以上的丁二烯是由裂解爐以蒸汽裂解方式生產的。異丁烯作為石油化工基礎原料主要用于丁基橡膠、異戊橡膠、甲基丙烯酸甲酯、聚異丁烯、叔丁醇以及助劑生產等。近年來，由于作為汽油添加劑甲基叔丁基醚(MTBE)高速發展，異丁烯需求猛增。異丁烯除了來自煉廠和乙烯裝置外，少量由丁烷異構化和脫氫生產異丁烯。丁烯主要用于生產丁二烯、順酐、仲丁醇、庚烯、聚丁烯等石化產品。隨著線性低密度聚乙烯的發展，1-丁烯用量越來越大，成為丁烯主要用途，其余的丁烯主要用于生產高辛烷值汽油添加劑和民用液化氣。作為石油化工基礎原料的芳烴主要包括苯、甲苯、二甲苯。苯主要用于生產苯乙烯、環己烷(進一步生產錦綸)、苯酚。此外，苯還可用于苯胺、烷基苯、順酐以及醫藥和農藥等產品的生產。甲苯主要用于生產苯、二甲苯。此外，在溶劑、涂料、農藥、炸藥、甲酚、甲苯二異氰酸酯(TDI)等生產中也耗用相當量的甲苯。二甲苯包括對二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯。作為石油化工原料，對二甲苯用量最大，主要用于生產對苯二甲酸(PTA)和對苯二甲酸二酯(DMT)，由此進一步生產聚酯(PET)，少量用于生產對苯二甲酸丁二酯(PBT)。間二甲苯和鄰二甲苯主要用于異構化生產對二甲苯，其中鄰二甲苯還可用于生產苯酐、涂料、溶劑、農藥中間體的生產。乙烯裝置在生產乙烯的同時，副產丙烯、丁烯、丁二烯、芳烴(苯、甲苯、二甲苯)，成為石油化學工業基礎原料的主要來源。乙烯裝置除了生產乙烯之外，70%的丙烯、90%的丁二烯、30%的芳烴均 來自乙烯裝置的副產。以“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)和“三苯”(苯、甲苯、二甲苯)總量計，約65%來自乙烯生產裝置。由于蒸汽裂解工藝生產乙烯的同時還副產大量的其他烯烴和芳烴，相應地，乙烯生產必然與多種中間產品和石化產品生產聯接在一起。因此，石油化工工業總是以乙烯生產為中心，以裂解爐為龍頭生產裝置，配套多種產品加工生產的聯合企業。乙烯生產的規模、成本、生產穩定性、產品質量都將對整個聯合企業起到支配作用。乙烯裝置在石油化工聯合企業中成為關系全局的核心生產裝置。裂解爐是石油化工聯合企業中的龍頭裝置，裂解爐的運行直接將影響其他石油化工裝置的生產操作。烴類蒸汽裂解的反應溫度較高(780_87(TC )、反應過程是個強吸熱過程，裂解爐的生產運行消耗大量的燃料。因此乙烯工業是高能耗行業，裂解爐能耗約占乙烯裝置能耗的70%左右。因此，優化裂解爐生產操作，降低生產成本，提高生產企業的經濟效益，是石化企業多年來一直關注的難題。裂解爐專利商在裂解爐技術發展過程中具有非常重要的作用，目前經過不斷的重組合并全世界形成六大裂解爐專利商，即LUMMUS、S&M、KBR、TECKNIP、LINDE, SIN0PEC。裂解爐專利商基于蒸汽裂解反應機理或蒸汽裂解實驗數據，采用推導或數學回歸等方法建立了工業裂解爐模擬軟件，用于預測裂解產物收率及運行周期等，如LUMMUS的PYPS、TECHNIP的SPYRO等。盡管裂解爐專利商設計和改造眾多裂解爐，但對于裂解爐的操作優化，目前僅有ASPEN和TECHNIP提出了雙烯(乙烯+丙烯)收率的優化方案，利用TECHNIP的SPYRO軟件和APSEN的分離裝置模擬技術及其先進控制技術，優化裂解爐生產操作，主要通過提高雙烯的收率的方式試圖提高生產企業的經濟效益。在裂解產物中，雙烯(乙烯和丙烯)重量收率為38 60%。除了乙烯和丙烯之外，還有其他裂解產物，如氫氣、丁二烯、碳四抽余餾分、芳烴(苯、甲苯、二甲苯)、裂解汽油、裂解柴油、裂解燃料油等，都具有一定的經濟價值或較高的經濟附加值，如丁二烯可生產橡膠、芳烴生產聚酯、化纖等。石化產品的市場價格受石油價格和市場供需關系而波動，市場需求量大而供應量的石化產品價格高，市場需求量小而供應大的石化產品價格較低。因此，在裂解爐生產操作過程中，收率高的裂解產物其石化產品價格未必高，收率低的裂解產物其石化產品價格未必低。因此，裂解爐操作優化僅僅考慮乙烯和丙烯收率而不能有效提高石油化工生產企業的生產效率和降低生產成本。此外，國內乙烯裝置生產的三烯三苯等有機化工原料很少在市場上買賣，絕大部分通過中下游生產裝置生產相應的石化產品，如乙烯和丙烯通過聚烯烴生產裝置生產聚烯烴樹脂，丁二烯通過聚合裝置生產橡膠，芳烴通過抽提裝置、聚酯等裝置生產聚酯和化纖等。因此，國內石油化工企業中下游裝置生產的石化產品市場價格決定生產企業的生產成本及收入。裂解爐的生產操作不僅僅要考慮雙烯，還要考慮裂解爐生產的所有石化產品的總價值。只有使石油化工生產裝置生產的石化產品總價值達到最大，這樣才能有效提高是石油化工企業的生產效率和積極性，相對更好的降低生產成本。

發明內容
現有技術中通過提高雙烯收率試圖實現提高乙烯裝置的經濟效益，卻忽略了其他石化產品的經濟價值或經濟附加值，實際不能有效提高石油化工企業的生產效率，更好的降低生產成本。為了克服傳統裂解爐操作優化方法的缺陷，與現有技術采用提高雙烯收率提高經濟效益的方法不同， 本發明構建重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，用于優化重質原料工業裂解爐操作，使重質原料裂解爐生產的石化產品總價值達到最大，從而有效提高石油化工企業的生產效率和生產積極性，相對降低生產成本。本發明涉及重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型構建的方法，在以工業裂解爐為龍頭生產裝置的石油化工企業中，基于重質原料蒸汽裂解實驗數據建立重質原料裂解爐裂解產物預測模型，然后利用重質原料工業裂解爐實際運行的碳四及碳四以下裂解產物收率數據校核預測模型，使預測模型計算值與工業裂解爐實際運行數據基本一致；基于校核的預測模型，建立重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，并用于重質原料裂解爐操作優化，使重質原料裂解爐生產的石化產品總價值達到最大。具體技術方案如下:本發明涉及到重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，在以工業裂解爐為龍頭生產裝置的石油化工企業中，基于重質原料蒸汽裂解實驗數據采用數學建模方法建立重質原料裂解爐裂解產物預測模型，然后采集重質原料工業裂解爐實際運行的碳四及碳四以下裂解產物收率數據校核預測模型，使預測模型的計算值與工業裂解爐實際運行數據基本一致；基于校核的預測模型，建立重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，并用于重質原料裂解爐操作優化，使重質原料裂解爐生產的石化產品總價值達到最大，從而有效提聞石油化工企業的生廣效率，進一步也能提聞企業收入。所述的一種重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法包括以下步驟:(1)建立預測模型:基于重質原料蒸汽裂解實驗數據，利用數學建模方法建立重質原料工業裂解爐裂解產物收率預測模型，可根據重質原料物性、工業裂解爐操作條件計算裂解產物收率。(2)采集碳四及碳四以下裂解產物收率數據:在重質原料物性、進料量、蒸汽量不變的條件下，在工業裂解爐爐管出口溫度(COT)正常操作范圍內，通過調整COT采集重質原料工業裂解爐實際運行的碳四及碳四以下裂解產物收率數據。(3)校核:利用由步驟(2)得到的重質原料工業裂解爐的碳四及碳四以下裂解產物收率數據校核由步驟(1)得到的預測模型，使校核的預測模型的計算值與工業裂解爐實際運行的數據基本一致。(4)建立重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型:根據步驟(3)得到的預測模型建立裂解爐裂解產物價值最大化模型，可利用裂解產物價格、重質原料物性、重質原料裂解爐運行數據計算出裂解產物(石化產品)總價值最大的裂解爐操作條件。優選地，所述的石油化工企業的生產裝置以裂解爐為龍頭生產裝置，主要包括裂解爐、分離裝置、聚烯烴裝置等。根據石油化工企業的設計方案，還可能包括芳烴抽提裝置、苯乙烯裝置、乙二醇裝置、橡膠裝置、環氧乙烷裝置、環氧丙烷裝置、聚酯裝置、化纖裝置等。優選地，所述的重質原料主要由柴油、加氫尾油等重質原料構成。重質原料主要由C5 C35的飽和烴構成，飽和烴包括鏈烷烴、環烷烴、芳烴。更優選地，所述重質原料物性包括密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)、氫含量或碳含量或碳氫比、殘碳值、分子量、關聯指數(BMCI)、折光指數等。重質原料組份至少達上百種，因此利用其詳細組份及其含量較為困難，通常選擇密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)等作為物性參數。優選地，所述的裂解產物主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、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(不含芳烴)、裂解柴油、裂解燃料油等。盡管重質原料的構成差異較大，而它們的裂解產物組份卻基本相同，只不過裂解產物組份的收率分布不同。優選地，所述的碳四及碳四以下物質主要包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔和丙二烯、丁烷、丁烯、丁二烯。優選地，所述的石化產品是指石油化工企業在市場上公開銷售的產品，如聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、聚酯等。此外，石油化工企業生產的有機化工原料或者其他產品在市場上公開銷售，可視為石化產品，如氫氣、LPG、乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等。石油化工企業生產的石化產品的種類取決生產裝置的設計和生產銷售計劃安排。若乙烯全部用于生產聚乙烯并在市場以聚乙烯產品公開銷售，乙烯不能視為石化產品；若部分乙烯以化工原料在市場公開銷售，乙烯可視為石化產品，其他石化產品以此類推。在石油化工企業生產裝置中，來自煉油裝置的重質原料在裂解爐內被加熱到高溫發生蒸汽裂解反應生產富含有低碳烯烴和芳烴的裂解氣，裂解氣即裂解產物，主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、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(不含芳烴)、裂解柴油、裂解燃料油等。裂解氣經過分離裝置的分離和提純形成有機化工原料及其他原料，如氫氣、燃料氣、乙烯、丙烯、碳四餾分(包括丁烷、丁烯、丁二烯)、裂解汽油(含有芳烴)、裂解柴油、裂解燃料油等。在分離裝置中，盡管不同專利商提供的工藝流程順序不同，如LUMMUS的順序分離流程、LINDE的前脫乙烷流程、S&W的前脫丙烷流程，但最終都按照烴的碳數進行分離和提純。分離裝置包括油洗塔、水洗塔、壓縮機、冷箱、脫甲烷塔、脫乙烷塔、乙烯精餾塔、脫丙烷塔、丙烯精餾塔、脫丁烷塔、碳二碳三加氫裝置等裝置。裂解氣部分組份經過分離裝置的分離提純形成原料，如氫氣、乙烯、丙烯、碳四餾分(包括丁烷、丁烯、丁二烯)、裂解汽油(含有芳烴)；部分組份被消耗或循環利用，如一氧化碳通過甲烷化裝置處理形成燃料氣，甲烷通過脫甲烷塔生成燃料氣，而燃料氣用作裂解爐的燃料被消耗；二氧化碳被堿洗塔吸收；乙炔、丙炔和丙二烯經過加氫反應器生成乙烯和乙烷、丙烯和丙烷；乙烷、丙烷經過乙烯精餾塔、丙烯精餾塔提純之后形成循環乙烷、循環丙烷，循環乙烷和循環丙烷作為重質原料返回裂解爐；裂解柴油和裂解燃料油經過油洗塔形成燃料油。乙烯通過聚乙烯裝置生產各種牌號的聚乙烯樹脂和橡膠，如高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙丙橡膠等。乙烯也用于生產有機產品，如環氧乙烷、乙二醇、乙醇、苯乙烯、乙醛、醋酸、α-烯烴等。丙烯通過聚丙烯裝置生產各種牌號的聚丙烯。此外，丙烯用來生產多種有機產品，如丙烯晴、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、異丙醇、丙烯酸及其脂類、環氧丙烷、環氧氯丙烷、丙綸等石化產品。
碳四餾分通過丁二烯抽提裝置形成丁二烯和碳四抽余餾分，丁二烯通過橡膠裝置可用于生產各種橡膠，如順丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯、SBS、ABS樹脂等；碳四抽余餾分可通過醚化裝置生產MTBE或LPG。若石油化工企業中未建設丁二烯抽提裝置，碳四餾分通常經過加氫處理生產LPG，或將碳四餾分出售其他擁有丁二烯抽提裝置的石油化工企業。裂解汽油(含有芳烴)通過汽油加氫裝置和芳烴抽提裝置生產碳五餾分、苯、甲苯、二甲苯、碳九以上餾分、抽余油等產品，碳五餾分經過進一步分離、提純、聚合可生產環戊二烯、異戊二烯等樹脂。苯可用于生產苯乙烯、環己烷(進一步生產錦綸)、苯酚、苯胺、烷基苯、順酐以及醫藥和農藥等產品的生產；甲苯通過脫烷基裝置生產苯或通過烷基轉移裝置生產二甲苯和苯，還可用于生產溶劑、涂料、農藥、炸藥、甲酚、甲苯二異氰酸酯(TDI)。二甲苯通過異構化等裝置用于生產對二甲苯、對苯二甲酸(PTA)和對苯二甲酸二酯(DMT)、聚酯(PET)、化纖、對苯二甲酸丁二酯(PBT)、苯酐、涂料、溶劑、農藥中間體的生產等；碳九以上餾分通常用于壓縮機洗油或甲苯歧化的原料；抽余可用作重質原料，也可用于生產石油醚或當作汽油銷售。若石油化工企業中未建設裂解汽油加氫及芳烴抽提等裝置，裂解汽油(含有芳烴)通常對外公開銷售。裂解柴油和裂解燃料油可生產燃料油或用作生產萘等產品的原料。國內乙烯裝置生產的有機化工原料很少在市場上銷售，通常輸送到中下游裝置生產樹脂、橡膠等石化產品。因此，石化產品的種類數量通常取決于石油化工企業生產裝置的設計方案和生產計劃安排，而石油化工企業絕大部分的收入來自中下游裝置生產的石化產品的銷售。因此，石油化工企業中下游的生`產裝置設計的不同，生產的石化產品存在著一定的差異。優選地，所述的裂解產物價值，即可以市場價格為參考，取決于裂解產物組份經過石油化工生產裝置是否能形成市場銷售的石化產品及其銷售價格。重質原料在裂解爐內發生蒸汽裂解反應生產裂解氣(裂解產物)，裂解產物本身沒有價格，但裂解產物經過石油化工生產裝置形成在市場上銷售的石化產品具有一定的價值。因此，經過石油化工生產裝置未能形成在市場上銷售的石化產品的裂解產物組份，其價格設置為零，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、丙烷等；經過石油化工生產裝置形成在市場上銷售的石化產品的裂解組份，其價格為該石化產品的價值，即以市場價格為參考。由此可見，通過裂解產物價格即石化產品價值，即以市場價格為參考，通過優化裂解爐操作使其裂解產物價值達到最大，即使裂解爐生產的石化產品總價值達到最大。在裂解產物中，裂解產物組份價格的高低取決于其通過石油化工裝置生產的石化產品的市場價格。對于乙炔、丙炔和丙二烯，它們經過加氫生成乙烯和乙烷、丙烯和丙烷，其價格為乙烯和丙烯價格與加氫催化劑的轉化率和選擇性的乘積，在缺少加氫催化劑轉化率和選擇性的條件下，其價格可視為乙烯和丙烯的價格；經過石油化工生產裝置形成一種石化產品的裂解產物組份，其價格為該組份形成的石化產品價值，如氫氣、裂解柴油、裂解燃料油；經過石油化工生產裝置形成多種石化產品的裂解產物組份，其價值可按以下方式計算:
ηΛ=Σ
;=ι
其中Pi表示裂解產物組份的價值,即價格,Xj表示石化產品的市場價格,Wj表示該裂解產物組份用于生產該石化產品所占的重量比例。在確立裂解產物價格之后，裂解產物價值，即價格實際上就是石化產品價格。對于重質原料裂解爐生產操作優化，關鍵在于重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型。重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型用于優化裂解爐的生產操作，使重質原料裂解爐生產的裂解產物(石化產品)總 價值達到最大。通過重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型，將重質原料裂解爐的操作優化同石化產品市場價格關聯起來。本發明所述的一種重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，基于重質原料蒸汽裂解實驗數據建立工業裂解爐裂解產物預測模型，利用重質原料工業裂解爐實際運行的碳四及碳四以下裂解產物收率校核預測模型，然后利用校核模型建立重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，將其用于重質原料裂解爐操作優化，使重質原料工業裂解爐生產的石化產品的總價值，即體現的市場價格總和達到最大，從而提高石油化工生產企業的生產效率和生產積極性。優選地，所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型是以重質原料裂解爐裂解產物收率預測模型為基礎，根據重質原料的物性、裂解爐運行數據、裂解產物價格，在裂解爐操作條件約束范圍內，采用數學優化方法搜索或者計算出裂解產物總價值最大對應的操作條件。更優選地，所述的工業裂解爐運行數據為重質原料進料量、稀釋蒸汽量或者稀釋t匕、橫跨段溫度(XOT)，優化的操作條件為爐管出口溫度(C0T)。重質原料裂解爐的COT操作控制范圍通常控制在780-820°C，在重質原料裂解爐裂解產物價值最大化的優化過程中，COT 一定控制在正常的操作范圍之內，若優化的COT超過正常操作的上限或下線，在優化調整COT時會選擇上限或下限操作。更優選地，所述重質原料物性包括密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)、氫含量或碳含量或碳氫比、殘碳值、分子量、關聯指數(BMCI)、折光指數等。重質原料組份至少達上百種，因此利用其詳細組份及其含量較為困難，通常選擇密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)等作為物性參數。更優選地，所述的重質原料裂解爐裂解產物價值最大模型中的數學優化方法包括搜索方法。更優選地，重質原料裂解爐裂解產物收率預測模型用于模擬計算重質原料裂解爐的裂解產物收率分布，可根據重質原料物性和裂解爐操作條件計算出裂解產物的收率。基于重質原料蒸汽裂解反應機理，裂解爐專利商推出商用的重質原料裂解爐模擬軟件，可模擬計算裂解爐的裂解產物收率，如TECHNIP的SPYRO軟件、LUMMUS的PYPS軟件等。基于重質原料蒸汽裂解試驗數據，借助數學建模方法可以建立裂解爐裂解產物收率預測模型。重質原料蒸汽裂解實驗可在小試裝置或模擬評價裝置或工業裂解爐上實施，針對工業裂解爐爐型和操作條件范圍，模擬重質原料的蒸汽裂解反應過程和實驗數據，實驗數據包括重質原料物性、操作條件、裂解產物收率。中國石化北京化工研究院建立了蒸汽裂解評價試驗裝置，可以模擬評價各種重質原料的工業裂解爐的裂解產物收率。更進一步優選地，所述的數學建模方法包括支持向量機(SVM)、人工神經網絡、多元非線性回歸、遺傳算法等方法。將重質原料蒸汽裂解實驗數據分為兩部分，一部分用于訓練模型，一部分用于檢驗模型的預測精度。通過調整數學建模方法中的核函數，使建立的模型計算誤差至少達到10%以內，最好在5%以內。建立的預測模型輸入變量重質原料物性、操作條件，輸出變量為裂解產物的收率，即:Yi = X(F, S, Χ0Τ, COT，P)其中J1-表示裂解產物 組份收率F-進料量S-稀釋比XOT-橫跨段溫度COT-爐管出口溫度P-重質原料物性由于重質原料中不含有碳四及碳四以下烴，因此在重質原料蒸汽裂解過程中，碳四及碳四以下裂解產物轉化率通常表示重質原料蒸汽裂解反應的轉化率。由此可利用碳四及碳四以下裂解產物的收率校正重質原料工業裂解爐的預測模型。碳四及碳四以下裂解產物收率的標定需要在急冷鍋爐出口做一個取樣口，取樣口同冷卻器相連。當打開取樣口時，裂解氣被冷卻形成氣液兩相，冷卻溫度通常為O 40°C。利用氣相色譜和液相色譜分別分析氣相物流和液相物流中碳四及碳四以下裂解產物的含量，并計量氣相物流和液相物流的重量，然后通過物料平衡可計算得到重質原料工業裂解爐碳四及碳四以下裂解產物的收率。由于液相物流中碳四及碳四以下物質含量非常少，因此在計算碳四及碳四以下裂解產物收率時，通常可以忽略液相物流中的碳四及碳四以下物質。收率通常采用重量含量表示，也可采用摩爾含量。中國專利CN1456895A對離線取樣裝置和方法進行詳細的介紹。優選地，所述的碳四及碳四以下裂解產物收率數據在重質原料物性、進料量、蒸汽量不變的條件下，在工業裂解爐爐管出口溫度(COT)正常操作范圍內，通過調整工業裂解爐至少三個COT溫度采集其實際運行時的碳四及碳四以下裂解產物收率數據。更優選地，優選五個COT溫度。在工業裂解爐運行過程中，測量COT的熱電偶通常插入或捆綁在廢熱鍋爐入口，而廢熱鍋爐入口與裂解爐輻射段爐管出口之間存在一個隔熱段。此外熱電偶本身具有一定的測量精度以及熱電偶在測量過程中存在著系統誤差，通常導致工業裂解爐顯示的COT與輻射段爐管出口的真實溫度存在著一定的溫差。優選地，所述的重質原料工業裂解爐裂解產物預測模型校核方法是基于采集到重質原料工業裂解爐的實際運行碳四及碳四以下裂解產物收率數據，利用建立的預測模型計算工業裂解爐采集碳四及碳四以下裂解產物收率的操作條件下的碳四及碳四以下裂解產物收率，計算多個COT的碳四及碳四以下裂解產物收率數據并與實際運行值比對，找出預測模型與實際指示COT之間的溫差，然后將溫差放入預測模型中，使校核的預測模型的計算值與工業裂解爐實際運行的數據基本一致。更優選地，所述的數據基本一致是計算值與實際運行值偏差在10%以內，且數值
變化規律一致。優選地，重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型以裂解爐裂解產物預測模型為基礎，采用數學優化方法，在重質原料進料量、水油比、Χ0Τ、重質原料物性、裂解產物價格不變的條件下，在工業裂解爐的COT正常操作范圍內，計算出裂解產物總價值最大值對應的COT，即:
權利要求
1.質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立預測模型:基于重質原料蒸汽裂解實驗數據，利用數學建模方法建立重質原料工業裂解爐裂解產物收率預測模型，可根據重質原料物性、工業裂解爐操作條件計算裂解產物收率； (2)采集碳四及碳四以下裂解產物收率數據:在重質原料物性、進料量、蒸汽量不變的條件下，在工業裂解爐爐管出口溫度COT)正常操作范圍內，通過調整COT采集工業裂解爐實際運行的碳四及碳四以下裂解產物收率數據； (3)校核:利用由步驟(2)得到的工業裂解爐的碳四及碳四以下裂解產物收率數據校核由步驟(I)得到的預測模型，使校核的預測模型的計算值與工業裂解爐實際運行的數據基本一致； (4)建立裂解爐裂解產物價值最大化模型:根據步驟(3)得到的預測模型建立重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型，可利用裂解產物價值、重質原料物性、裂解爐運行數據計算出裂解產物或石化產品總價值最大的裂解爐操作條件。
2.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述方法的生產裝置包括裂解爐、分離或回收裝置、聚烯烴樹脂裝置。
3.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的重質原料包括柴油和加氫尾油。
4.據權利要求3所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述重質原料物性包括密度、恩式蒸餾餾程(ASTM)、族組成(PONA)、氫含量或碳含量或碳氫比、殘碳值、分子量、關聯指數(BMCI)和折光指數。
5.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的裂解產物包括氫氣、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.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的石化產品包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、聚烯烴樹脂、橡膠、乙二醇、聚酯、化纖、環氧乙烷、環氧丙烷、汽油、柴油、燃料油、LPG。
7.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的碳四及碳四以下裂解產物收率數據是在工業裂解爐在保持重質原料物性、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，通過調整溫度，至少三個COT溫度獲得的碳四及碳四以下裂解產物數據。
8.據權利要求7所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述調整溫度優選為五個COT溫度。
9.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的校核的方法利用預測模型計算工業裂解爐操作條件下的碳四及碳四以下裂解產物收率，通 過對比計算值和工業運行數據，調整預測模型中的⑶T，使預測模型計算的碳四及碳四以下裂解產物收率與工業實際運行的數據基本一致。
10.據權利要求9所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的數據基本一致是碳四及碳四以下裂解產物收率的計算值與實際工業裂解爐運行數據偏差在10%以內，且數值變化規律一致。
11.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的裂解產物價值為裂解產物組份通過石油化工裝置的生產石化產品的價值，經過石油化工裝置被消耗或吸收或循環利用而未能生產石化產品的裂解產物組份價值為零。
12.據權利要求1所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型是以重質原料裂解爐裂解產物收率預測模型為基礎，根據重質原料的物性、裂解爐運行數據、裂解產物價值，在裂解爐操作條件約束范圍內，采用數學方法搜索或者計算出裂解產物總價值最大的操作條件。
13.據權利要求12所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的重質原料工業裂解爐運行數據由原料進料量、稀釋蒸汽量或者稀釋t匕、橫跨段溫度(XOT)構成，總價值最大的操作條件為爐管出口溫度(C0T)。
14.據權利要求12所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的數學方法包括搜索方法。
15.據權利要求12所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的裂解爐裂解產物收率預測模型是基于蒸汽裂解試驗數據，采用數學建模方法建立的數學模型，可根據重質原料物性和裂解爐操作條件計算裂解產物收率。
16.據權利要求15所述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的數學建模方法包括支持向量機(SVM)、人工神經網絡、多元非線性回歸、遺傳算法。
17.據權利要求1所 述的重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，其特征在于，所述的碳四及碳四以下裂解產物主要包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔和丙二烯、丁烷、丁烯、丁二烯。
全文摘要
本發明是一種重質原料工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，在以工業裂解爐為龍頭生產裝置的石油化工企業中，基于重質原料蒸汽裂解實驗數據建立重質原料裂解爐裂解產物收率預測模型，采集重質原料工業裂解爐碳四及碳四以下裂解產物收率數據并用于校核建立的預測模型，使預測模型的計算結果與工業裂解爐實際運行的結果一致；基于校核模型，建立重質原料裂解爐裂解產物價值最大化模型，并用于優化重質原料裂解爐操作，使工業重質原料裂解爐生產的石化產品總價值達到最大化。
文檔編號C10G55/04GK103087749SQ20111033192
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者李蔚, 杜志國, 張永剛, 張利軍, 周叢, 王國清, 張兆斌, 周先鋒 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