專利名稱：一種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的裂解爐，更具體的，涉及石油化工生產裝置中裂解爐操作的優化方法。
背景技術：
管式裂解爐簡稱裂解爐，是生產乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴(苯、甲苯、二甲苯)等基礎有機化工原料的主要裝置，其中世界98%的乙烯是由裂解爐以蒸汽裂解方式生產的。乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯是最重要基礎有機化工原料，由它們生產的產品和衍生品被廣泛應用于國民經濟各個領域，對促進國民經濟的發展具有非常重要的作用。蒸汽裂解技術始于二十世紀二十年代，經過多年的持續發展，蒸汽裂解技術發展日趨完善，近年新增的乙烯產能主要是由裂解爐以蒸汽裂解方式來生產的。自從改革開發以來，隨著我國國民經濟的快速發展，對乙烯、丙烯等基礎有機化工原料需求急劇增加，國內乙烯工業的生產能力不能滿足市場需求，為此每年進口大量的乙烯等基礎有機化工原料及衍生品。為了解決國內乙烯等基礎有機化工原料的市場供需矛盾，乙烯工業連續實施第二、三輪改擴建，盡管乙烯工業的生產能力得到顯著提高，但裂解爐的裂解原料的來源——煉油裝置生產能力卻沒有得到相應增加。隨著國際原油價格的步步攀高，煉油企業為了降低生產成本，盡量購買相對比較廉價的原油，因此原油品質下降且產地分布廣泛，導致煉油裝置生產的裂解原料物性變化頻繁，有時甚至導致石腦油等傳統裂解原料的供應不足，被迫補充其他煉廠油品作為裂解原料，如加氫裂化柴油等。因此，如何優化裂解爐操作，提高企業的經濟效益，成為乙烯生產企業的面臨的難題。烴類蒸汽裂解反應是在高溫(820_87(TC )條件下進行，蒸汽裂解過程是強吸熱過程，因此裂解爐運行需要消 耗大量的熱量，裂解爐的能耗約占到乙烯裝置能耗的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，是裂解爐專利商、生產企業、科學院所長期以來嘗試解決的難題。在裂解爐技術發展過程中，裂解爐專利商扮演非常重要的角色。裂解爐專利商經過重組合并，目前形成六大裂解爐專利商，即LUMMUS、S&M、KBR、TECKNIP、LINDE, SIN0PEC。烴類蒸汽裂解反應機理和過程非常復雜，裂解產物達到上百種，因此蒸汽裂解技術是裂解爐技術的核心，蒸汽裂解反應過程是裂解爐專利商和科學院所研究的重點。通過多年蒸汽裂解反應過程研究，形成三種蒸汽裂解模型，即經驗模型、半經驗半理論模型、機理模型。基于蒸汽裂解反應模型，開發的裂解爐模擬軟件可模擬計算裂解產物收率、運行周期等，用于裂解爐設計和改造，如 SPYRO (TECHNIP)、PYPS (LUMMUS)、CRACKER、CRACKSM、FIHR 等。對于裂解爐的操作優化，僅有ASPEN和TECHNIP提出了雙烯(乙烯+丙烯)收率的優化方案，利用SPYRO軟件以及APSEN公司的分離裝置模擬技術及先進控制技術，優化裂解爐生產操作，試圖通過提高雙烯的收率的方式提高生產企業的經濟效益。在裂解產物中，乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯具有較高的經濟附加值，氫氣、碳四餾分、裂解汽油(不含苯、甲苯、二甲苯)、裂解柴油、裂解燃料油都具有一定的經濟價值。而這些裂解產品或裂解產物組份的價格受原料價格和市場供需關系而發生波動，市場需求量大而供應量的產品價格高，市場需求量小而供應大的產品價格較低。對于烯烴廠而言，盡管雙烯(乙烯+丙烯)重量收率范圍為40-60%，受市場需求的影響，收率高的裂解產品價格未必高，收率地的產品價格未必低。因此。對于裂解爐操作優化而言，需要考慮所有裂解產品或裂解產物組份的市場價格，而不是僅僅考慮雙烯的收率。不同裂解原料COT的操作范圍不同，如石腦油的通常為810-845 °C,輕烴為840-8700C，加氫尾油或柴油的為780-820°C。在裂解爐裂解產物價值最大化的優化過程中，裂解原料、進料量、稀釋比保持不變，優化僅僅調整爐管出口溫度(COT)，而COT的調整不會超過裂解原料的正常操作范圍內。因此，通過優化裂解爐操作，使烯烴廠每臺裂解爐生產的裂解產品或裂解產物總價格達到最大，這樣才能最大程度上提高乙烯生產企業的產值。
發明內容
現有技術中通過提高雙烯收率實現提高乙烯裝置的經濟效益，卻忽略了其他裂解產物或裂解產品的經濟價值以及市場價格對裂解爐生產操作的影響，實際不能有效提高烯烴生產企業的收入。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，本發明構建工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，用于優化工業裂解爐操作，使裂解爐生產的裂解產物或裂解產品總價值達到最大。本發明涉及工業裂解爐裂解產物價值最大化模型構建的方法，在烯烴生產企業中，基于蒸汽裂解實驗數據建立裂解爐裂解產物預測模型，然后利用工業裂解爐實際運行的裂解深度數據校核預測模型，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，建立工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，并用于裂解爐操作優化，使裂解爐生產的裂解產物或裂解產品總價值達到最大。具體技術方案如下:本發明涉及到工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，在烯烴生產企業中，基于蒸汽裂解實驗數據 采用數學建模方法建立裂解爐裂解產物預測模型，然后采集工業裂解爐實際運行的裂解深度數據校核預測模型，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，建立工業裂解爐裂解產物價值最大化模型，并用于裂解爐操作優化，使工業裂解爐生產的裂解產物或裂解產品總價值達到最大。。所述的一種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:(I)建立預測模型:基于蒸汽裂解實驗數據，利用數學建模方法建立工業裂解爐裂解產物收率預測模型，可根據裂解原料物性、工業裂解爐操作條件計算裂解產物收率。(Yi = X (F，S，Χ0Τ, C0T, P)，Y1-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-裂解原料物性)(2)采集裂解深度數據:在裂解原料物性、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，通過變動COT采集工業裂解爐運行的裂解深度數據。調整的溫度范圍COT溫度范圍與裂解原料有關，裂解爐的COT操作控制范圍總體為760-8700C也，裂解原料不同，調整的溫度范圍不同，石腦油的COT通常控制在810-845°C，輕烴的控制在840-870°C，加氫尾油或柴油的控制在780-820°C。調整方法如下，在裂解原料溫度范圍內，選擇至少任意三個不同COT溫度點進行運行
(3)模型校核:利用步驟(2)得到的工業裂解爐運行數據校核步驟(I)得到的預測模型，使校核的預測模型計算結果與工業裂解爐實際運行數據基本一致。(4)建立裂解爐裂解產物價值最大化模型:基于步驟(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、裂解原料物性、裂解爐運行數據計算出裂解產物或裂解產品總價值最大的裂解爐操作條件。公式為
權利要求
1.種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，在烯烴生產企業中，所述方法為建立工業裂解爐裂解產物價值最大化模型優化裂解爐操作，使工業裂解爐生產的裂解產物或裂解產品總價值達到最大，所述的方法包括以下步驟: (1)建立預測模型:基于蒸汽裂解實驗數據，利用數學建模方法建立工業裂解爐裂解產物收率預測模型，(Yi = X (F,S, XOT, COT, P), Y1-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-裂解原料物性)；根據裂解原料物性、工業裂解爐操作條件計算裂解產物收率； (2)采集裂解深度數據:在裂解原料物性、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，通過變動出口溫度(COT)采集工業裂解爐運行的裂解深度數據； (3)模型校核:利用步驟(2)得到的工業裂解爐運行數據校核步驟(I)得到的預測模型，使校核后的預測模型計算結果與工業裂解爐實際運行數據一致； (4)建立裂解爐裂解產物價值最大化模型:基于步驟(3)得到的預測模型建立裂解爐裂解產物價值最大化模型；公式為V(m) = ix(F，S，XOT，COT(m)，PU F X PRj , Vmax =;=1max (V (m))，其中F-進料量，S-稀釋比，XOT-橫跨段溫度，COT (m)-爐管出口溫度，P-裂解原料物性，PRj-裂解產物組份價格，V (m)-裂解產物總價值，Vmax-裂解產物總價值最大值； (5)求取裂解爐裂解產物價值最大化的操作條件:根據步驟(4)的最大化模型，輸入裂解產物價格、裂解原料物性、裂解爐運行數據計算出裂解產物或裂解產品總價值最大的裂解爐操作條件。
2.據權利要求1所述的一 種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，所述方法中涉及的生產裝置主要包括裂解爐和分離(回收)裝置。
3.據權利要求1所述的一種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，所述的裂解爐的裂解原料主要由C2 C35飽和烴構成，主要包括且不限于乙烷、丙烷和丁烷的混合LPG、石腦油、柴油、加氫尾油。
4.據權利要求3所述的一種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，所述裂解原料物性主要包括密度、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)和折光指數等，或者為裂解原料的詳細組成及其含量構成。
5.據權利要求1所述的一種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，所述的裂解產物主要包括氫氣、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所述的一種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，所述的裂解產品是裂解原料經過裂解爐、分離裝置出來的產品，主要以乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴等有機化工原料為主，包括由氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、碳四餾分(丁烷和丁烯)、苯、甲苯、二甲苯、裂解汽油(不含芳烴)、裂解燃料油構幾種組合或全部構成。
7.據權利要求1所述的一種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，所述的裂解深度為裂解產物兩種裂解產物的重量收率比值，主要包括丙烯/乙烯、甲烷/丙烯。
8.據權利要求1所述的一種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，所述的裂解深度是在工業裂解爐在保持裂解原料物性、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，通過調整至少三個COT溫度，以便獲得所需的裂解深度數據。
9.據權利要求8所述的一種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，所述的裂解深度是在工業裂解爐在保持裂解原料物性、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，通過調整至少五個COT溫度，以便獲得所需的裂解深度數據。
10.據權利要求1所述的一種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，所述的模型校核的方法利用預測模型計算工業裂解爐操作條件下裂解產物收率及裂解深度，通過對比計算值和工業運行數據，調整預測模型中的C0T，使計算值與工業運行的數據一致。
11.據權利要求10所述的一種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，所述計算值和工業運行數據的一致是計算值與實際運行數據偏差在10%以內，且數值變化規律一致。
12.據權利要求1所述的一種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價值最大化模型是以裂解爐裂解產物收率預測模型為基礎，根據裂解原料的物性、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所述的一種工 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回歸的數學模型，根據裂解原料物性和裂解爐操作條件計算裂解產物收率。
14.據權利要求12所述的一種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，所述的尋找最優化條件的數學方法包括且不限于搜索方法。
15.據權利要求12所述的一種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，所述的工業裂解爐運行數據由原料進料量、稀釋蒸汽量或者稀釋比、橫跨段溫度(XOT)構成，價值優化的操作條件為爐管出口溫度(C0T)。
16.據權利要求12所述的一種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，所述裂解原料物性包括密度、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)和折光指數等，或者為裂解原料的詳細組成及其含量構成。
17.據權利要求1所述的一種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。
全文摘要
本發明涉及到工業裂解爐裂解產物價值最大化模型的構建方法，在烯烴生產企業中，基于蒸汽裂解實驗數據建立工業裂解爐裂解產物預測模型，利用工業裂解爐實際運行的裂解深度數據校核預測模型，基于校核的預測模型建立裂解爐裂解產物價值最大化模型并用于優化裂解爐操作，使裂解爐生產的裂解產物或裂解產品市場總價格達到最大。
文檔編號C10G9/14GK103087755SQ20111033288
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
發明者張利軍, 杜志國, 王國清, 張永剛, 李蔚, 周叢, 張兆斌, 薛麗敏 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