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炼油过程系统优化方法及应用研究

李进  
【摘要】:为了克服线性规划和单个处理单元非线性优化的内在缺点,本文研究了炼油过程系统操作优化的建模策略和优化算法,并应用于炼油厂全流程优化问题,主要研究内容与结论有: 1.在分析比较现有过程系统优化建模策略的基础上,借鉴大系统优化分解协调的思想,提出了一种新的过程系统优化建模与求解策略——两级分解协调法。该方法把模型分成两个层次,系统层和过程层,系统层决定各单元的物流和连接关系,过程层对每个处理单元进行优化。使用该方法,过程层每个过程单元的模型都可以根据实际需要更换,整个模型具有很好的柔性。 2.针对炼油过程系统优化自由度较小的特点,研究了自由度较小的非线性规划问题的求解算法,实现了一种基于简约空间序列二次规划和自动微分的优化算法。实验数值结果表明,该算法整体效率较高,适合求解大规模过程优化问题。 3.参考宣(Xuan)的原油蒸馏单元模型,建立了某燃料型炼油厂原油蒸馏单元的稳态模型,模型中包括常压塔和减压塔的详细模型,以及再蒸馏单元、渣油溶剂抽提单元、脱丁烷塔和石脑油分离器等原油辅助过程单元的简化模型。把该模型与严格机理模型的预测结果相比较,验证了该模型能够准确预测常压塔、减压塔侧线产品以及减压渣油的体积和性质。 4.参考埃利斯(Ellis)的催化裂化单元模型和塔斯卡(Taskar)的催化重整单元模型,针对具体的燃料型炼油厂进行修改,研究了催化裂化单元和催化重整单元的进料表征,并用炼油厂的工业数据对模型进行校准,使其更符合实际情况。总结了集总动力学模型建立的普遍方法与原则。 5.建立了气体处理单元、烷基化单元和柴油加氢处理单元的简化模型。研究了辛烷值调合模型、雷特蒸气压调合模型和馏出温度调合模型,并在此基础上建立了汽油调合单元模型。 6.研究并给出了炼油厂全流程优化问题的目标函数、决策变量和约束条件,并用实现的新算法进行求解,找到了最佳操作条件。与炼油厂现有操作条件相比,利润提高4.1%;与单处理单元优化相比,利润提高1.6%。对新算法和序列二次规划求解器rSQP的性能作了比较,计算结果表明,新算法可以高效求解炼油过程系统优化问题。


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