专利名称：一种工业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法
技术领域：
本发明涉及石油化工的裂解炉，更具体的，涉及石油化工生产装置中裂解炉操作的优化方法。
背景技术：
石油化学エ业是国民经济的支柱产业，石油化工产品(简称石化产品)广泛应用国民经济各个领域，对促进国民经济发展具有重要。石油化工大多数中间产品和石化产品均以低碳烯烃和芳烃为基础原料。低碳烯烃和芳烃所用原料烃约占石化生产总耗用原料烃的四分之三。低碳烯烃主要由こ烯、丙烯、丁ニ烯构成，芳烃主要由苯、甲苯、ニ甲苯构成。在石油化学エ业中，除由重整生产芳烃以及由催化裂化副产物中回收丙烯、丁烯、丁ニ烯之夕卜，主要由こ烯装置生产各种烯烃和芳烃。こ烯装置由裂解炉和分离装置构成，而裂解炉是こ烯装置的龙头生产装置。こ烯是最重要的基础有机化工原料，目前98%以上的こ烯是由裂解炉以蒸汽裂解方式生产的。こ烯主要用于生产高压聚こ烯、低压聚こ烯、线性低密度聚こ烯、聚氯こ烯、环氧こ烷、こニ醇、こ醇、苯こ烯、こ醛、醋酸、a -烯烃、聚こ烯醇、こ丙橡胶等石化产品。丙烯主要用于生产聚丙烯、丙烯睛、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、异丙醇、丙烯酸及其脂类、环氧丙烷、环氧氯丙烷、丙纶等石化产品。目前，50 70%以上的丙烯是由裂解炉以蒸汽裂解生产的。丁ニ烯主要用于生成顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、聚丁ニ烯、SBS、ABS树脂等石化产品。石油化工エ业初期，丁ニ烯主要由丁烯或丁烷脱氢生产。目前，90%以上的丁ニ烯是由裂解炉以蒸汽裂解方式生产的。异丁烯作为石油化工基础原料主要用于丁基橡胶、异戊橡胶、甲基丙烯酸甲酷、聚异丁烯、叔丁醇以及助剂生产等。近年来，由于作为汽油添加剂甲基叔丁基醚(MTBE)高速发展，异丁烯需求猛增。异丁烯除了来自炼厂和こ烯装置外，少量由丁烷异构化和脱氢生产异丁烯。丁烯主要用于生产丁ニ烯、顺酐、仲丁醇、庚烯、聚丁烯等石化产品。随着线性低密度聚こ烯的发展，1-丁烯用量越来越大，成为丁烯主要用途，其余的丁烯主要用于生产高辛烷值汽油添加剂和民用液化气。作为石油化工基础原料的芳烃主要包括苯、甲苯、ニ甲苯。苯主要用于生产苯こ烯、环己烷(进一`歩生产锦纶)、苯酚。此外，苯还可用于苯胺、烷基苯、顺酐以及医药和农药等产品的生产。甲苯主要用于生产苯、ニ甲苯。此外，在溶剂、涂料、农药、炸药、甲酚、甲苯ニ异氰酸酷(TDI)等生产中也耗用相当量的甲苯。ニ甲苯包括对ニ甲苯、邻ニ甲苯、间ニ甲苯。作为石油化工原料，对ニ甲苯用量最大，主要用于生产对苯ニ甲酸(PTA)和对苯ニ甲酸ニ酯(DMT)，由此进ー步生产聚酯(PET)，少量用于生产对苯ニ甲酸丁ニ酯(PBT)。间ニ甲苯和邻ニ甲苯主要用于异构化生产对ニ甲苯，其中邻ニ甲苯还可用于生产苯酐、涂料、溶剂、农药中间体的生产。乙烯装置在生产乙烯的同时，副产丙烯、丁烯、丁ニ烯、芳烃(苯、甲苯、ニ甲苯)，成为石油化学エ业基础原料的主要来源。乙烯装置除了生产乙烯之外，70%的丙烯、90%的丁ニ烯、30%的芳烃均来自乙烯装置的副产。以“三烯”(乙烯、丙烯、丁ニ烯)和“三苯”(苯、甲苯、ニ甲苯)总量计，约65%来自乙烯生产装置。由于蒸汽裂解エ艺生产乙烯的同时还副产大量的其他烯烃和芳烃，相应地，乙烯生产必然与多种中间产品和石化产品生产联接在一起。因此，石油化工エ业总是以乙烯生产为中心，以裂解炉为龙头生产装置，配套多种产品加工生产的联合企业。乙烯生产的规模、成本、生产稳定性、产品质量都将对整个联合企业起到支配作用。乙烯装置在石油化工联合企业中成为关系全局的核心生产装置。裂解炉是石油化工联合企业中的龙头装置，裂解炉的运行直接将影响其他石油化工装置的生产操作。烃类蒸汽裂解的反应温度较高(780-870°C )、反应过程是个强吸热过程，裂解炉的生产运行消耗大量的燃料。因此乙烯エ业是高能耗行业，裂解炉能耗约占乙烯装置能耗的70%左右。因此，优化裂解炉生产操作，降低生产成本，提高生产企业的经济效益，是石化企业多年来一直关注的难题。裂解炉专利商在裂解炉技术发展过程中具有非常重要的作用，目前经过不断的重组合并全世界形成六大裂解炉专利商，即LUMMUS、S&M、KBR、TECKNIP、LINDE、SINOPEC。裂解炉专利商基于蒸汽裂解反应机理或蒸汽裂解实验数据，采用推导或数学回归等方法建立了エ业裂解炉模拟软件，用于预测裂解产物收率及运行周期等，如LUMMUS的PYPS、TECHNIP的SPYRO等。尽管裂解炉专利商设计和改造众多裂解炉，但对于裂解炉的操作优化，目前仅有ASPEN和TECHNIP提出了双烯(乙烯+丙烯)收率的优化方案，利用TECHNIP的SPYRO软件和APSEN的分离装置模拟技术及其先进控制技术，优化裂解炉生产操作，主要通过提高双烯的收率的方式试图提高生产企业的经济效益。在裂解产物中，双烯(乙烯和丙烯)重量收率为38 60%。除了乙烯和丙烯之外，还有其他裂解产物，如氢气、丁ニ烯、碳四抽余馏分、芳烃(苯、甲苯、ニ甲苯)、裂解汽油、裂解柴油、裂解燃料油等，都具有一定的经济价值或较高的经济附加值，如丁ニ烯可生产橡胶、芳烃生产聚酯、化纤等。石化产品的市场价格受石油价格和市场供需关系而波动，市场需求量大而供应量的石化产品价格高，市场需求量小而供应大的石化产品价格较低。因此，在裂解炉生产操作过程中，收率高的裂解产物其石化产品价格未必高，收率低的裂解产物其石化产品价格未必低。因此，裂解炉操作优化仅仅考虑乙烯和丙烯收率不能有效提高石油化工生产企业的收入。此外，国内乙烯装置生产的三烯三苯等有机化工原料很少在市场上买卖，绝大部分通过中下游生产装置生产相应的石化产品，如乙烯和丙烯通过聚烯烃生产装置生产聚烯烃树脂，丁ニ烯通过聚合装置生产橡胶，芳烃通过抽提装置、聚酯等装置生产聚酯和化纤等。因此，国内石油化工企业中下游装置生产的石化产品市场价格决定生产企业的收入。裂解炉的生产操作不仅仅要考虑双烯，还要考虑裂解炉生产的所有石化产品的总价值。只有使石油化工生产装置生产的石化产品总价值达到最大，这样才能有效提高是石油化工企业的收入。
发明内容
现有技术中通过提高双烯收率试图实现提高こ烯装置的经济效益，却忽略了其他石化产品的经济价值或经济附加值，实际不能有效提高石油化工企业的收入。为了克服传统裂解炉操作优化方法的缺陷，与现有技术采用提高双烯收率提高经济效益的方法不同，本发明构建エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型，用于优化工业裂解炉操作，使裂解炉生产的石化产品总价值达到最大，从而有效提高石油化工企业的收入。本发明涉及エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型构建的方法，在以エ业裂解炉为龙头生产装置的石油化工企业中，基于蒸汽裂解实验数据建立裂解炉裂解产物预测模型，然后利用エ业裂解炉实际运行的目标裂解产物摩尔含量校核预测模型，使预测模型计算值与エ业裂解炉实际运行数据基本一致；基于校核的预测模型，建立エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型，并用于裂解炉 操作优化，使裂解炉生产的石化产品总价值达到最大。具体技术方案如下:本发明涉及到エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，在以エ业裂解炉为龙头生产装置的石油化工企业中，基于蒸汽裂解实验数据采用数学建模方法建立裂解炉裂解产物预测模型，然后采集エ业裂解炉实际运行的目标裂解产物摩尔含量数据校核预测模型，使预测模型的计算值与エ业裂解炉实际运行数据基本一致；基于校核的预测模型，建立エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型，并用于裂解炉操作优化，使裂解炉生产的石化产品总价值达到最大，从而有效提高石油化工企业的收入。所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法包括以下步骤:(I)建立预测模型:基于蒸汽裂解实验数据，利用数学建模方法建立エ业裂解炉裂解产物收率预测模型，可根据裂解原料物性、エ业裂解炉操作条件计算裂解产物收率。(Yi = X(F，S，XOT, COT, P)，Y1-表示裂解产物组份收率，F-进料量，S-稀释比，XOT-横跨段温度，COT-炉管出ロ温度，P-裂解原料物性)；(2)目标裂解产物摩尔含量:在裂解原料物性、进料量、蒸汽量不变的条件下，在エ业裂解炉炉管出ロ温度(COT)正常操作范围内，通过变动COT采集エ业裂解炉运行的目标裂解产物摩尔含量数据。调整的温度范围COT温度范围与裂解原料有关，裂解炉的COT操作控制范围总体为760-870°C也，裂解原料不同，调整的温度范围不同，石脑油的COT通常控制在810-845°C，轻烃的控制在840-870°C，加氢尾油或柴油的控制在780_820°C。调整方法如下，在裂解原料温度范围内，选择至少任意三个不同COT温度点进行运行。(3)校核:利用由步骤(2)得到的エ业裂解炉的目标裂解产物摩尔含量数据校核由步骤(I)得到的预测模型，使校核的预测模型的计算值与エ业裂解炉实际运行的数据基本一致。(4)建立裂解炉裂解产物价值最大化模型:根据步骤(3)得到的预测模型建立裂解炉裂解产物价值最大化模型，可利用裂解产物价格、裂解原料物性、裂解炉运行数据计算出裂解产物(石化产品)总价值最大的裂解炉操作条件。公式为
权利要求
1.种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述方法为建立エ业裂解炉价值最大化模型并用于优化裂解炉操作，使エ业裂解炉生产的石化产品总价值达到最大，所述的方法包括以下步骤: (1)建立预测模型:基于蒸汽裂解实验数据，利用数学建模方法建立エ业裂解炉裂解产物收率预测模型，(Yi = X(F，S，XOT，COT，P)，y1-表示裂解产物组份收率，F-进料量，S-稀释比，XOT-横跨段温度，COT-炉管出口温度，P-裂解原料物性)；根据裂解原料物性、エ业裂解炉操作条件计算裂解产物收率； (2)采集目标裂解产物摩尔含量数据:在裂解原料物性、进料量、蒸汽量不变的条件下，在エ业裂解炉炉管出口温度(COT)正常操作范围内，通过调整出口温度(COT)采集エ业裂解炉运行的目标裂解产物摩尔含量数据； (3)校核:利用由步骤(2)得到的エ业裂解炉的目标裂解产物摩尔含量数据校核由步骤(I)得到的预测模型，使校核的预测模型的计算值与エ业裂解炉实际运行的数据一致； (4)建立裂解炉裂解产物价值最大化模型:根据步骤(3)得到的预测模型建立裂解炉裂解产物价值最大化模型；公式为V(m) = YjXiF，S，XOT\COT(m)，P) X F X PRj , Vmax =max(V(m))，其中F-进料量，S-稀释比，XOT-横跨段温度，COT (m)-炉管出口温度，P-裂解原料物性，PRr裂解产物组份价格，V (m)-裂解产物总价值，Vmax-裂解产物总价值最大值)； (5)求取裂解炉裂解产物总价值最 大化的操作条件:根据步骤(4)的最大化模型，输入裂解产物价格、裂解原料物性、裂解炉运行数据计算出裂解产物(石化产品)总价值最大的裂解炉操作条件。
2.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述方法中涉及的生产装置包括裂解炉、分离(回收)装置、聚烯烃树脂装置。
3.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的裂解原料为液体裂解原料，包括石脑油、柴油、加氢尾油。
4.据权利要求3所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述裂解原料物性包括密度、恩式蒸馏馏程(ASTM)、族组成(PONA)、氢含量或碳含量或碳氢比、残碳值、分子量、关联指数(BMCI)和折光指数，或者为裂解原料的详细组成及其含量构成。
5.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的裂解产物是指エ业裂解炉出来的在分离之前的裂解产物(混合物)；裂解产物主要包括氢气、一氧化碳、ニ氧化碳、こ烷、こ烯、こ炔、丙烷、丙烯、丙炔、丙ニ烯、丁烷、丁烯、丁ニ烯、苯、甲苯、ニ甲苯、こ苯、苯こ烯、裂解汽油、裂解柴油、裂解燃料油。
6.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的石化产品是到企业拿到市场销售的产品，来自分离装置或聚烯烃装置或聚酷等；主要包括こ烯、丙烯、丁ニ烯、苯、甲苯、ニ甲苯、聚烯烃树脂、橡胶、こニ醇、聚酯、化纤、环氧こ烷、环氧丙烷、汽油、柴油、燃料油、LPG。
7.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的目标裂解产物在裂解原料物性、进料量、蒸汽量不变的条件下，在裂解炉COT操作范围之内，其摩尔含量随着COT升高而增大或减小的裂解产物组份，包括氢气、甲烷、こ烯、こ炔、丙烷、丁烷、丁烯、苯、甲苯、ニ甲苯。
8.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的目标裂解产物摩尔含量数据是在エ业裂解炉在保持裂解原料物性、进料量、水油比不变的条件下，在裂解炉COT正常操作范围之内，通过调整至少三个COT温度获得的目标裂解产物摩尔含量数据。
9.据权利要求8所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的目标裂解产物摩尔含量数据是在エ业裂解炉在保持裂解原料物性、进料量、水油比不变的条件下，在裂解炉COT正常操作范围之内，通过调整五个COT温度获得的目标裂解产物摩尔含量数据。
10.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，在步骤(3)中 ，所述的模型校核的方法利用预测模型计算エ业裂解炉操作条件下的目标裂解产物的摩尔含量，通过对比计算值和エ业运行数据，调整预测模型中的C0T，使预测模型计算的目标裂解产物的摩尔含量与エ业运行的数据基本一致。
11.据权利要求10所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述预测模型计算的目标裂解产物的摩尔含量与エ业运行的数据一致是计算值与实际运行值偏差在10%以内，且数值变化规律一致。
12.据权利要求1所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的裂解炉裂解产物价值最大化模型是以裂解炉裂解产物收率预测模型为基础，根据裂解原料的物性、裂解炉运行数据、裂解产物价格，在裂解炉操作条件约束范围内，采用数学方法捜索或者计算出裂解产物总价值最大的操作条件。
13.据权利要求11所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的エ业裂解炉运行数据由原料进料量、稀释蒸汽量或者稀释比、横跨段温度(XOT)构成，价值优化的操作条件为炉管出口温度(C0T)。
14.据权利要求11所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的数学方法包括捜索方法。
15.据权利要求11所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的裂解炉裂解产物收率预测模型是基于蒸汽裂解试验数据，采用数学建模方法建立的数学模型，根据裂解原料物性和裂解炉操作条件计算裂解产物收率。
16.据权利要求15所述的ー种エ业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，其特征在于，所述的数学建模方法包括支持向量机(SVM)、人工神经网络、多元非线性回归、遗传算法。
全文摘要
本发明是一种工业裂解炉裂解产物价值最大化模型的构建方法，在以工业裂解炉为龙头生产装置的石油化工企业中，基于蒸汽裂解实验数据建立裂解炉裂解产物收率预测模型，采集工业裂解炉目标裂解产物摩尔含量数据并用于校核建立的预测模型，使预测模型的计算结果与工业裂解炉实际运行的结果一致；基于校核模型，建立裂解炉裂解产物价值最大化模型，并用于优化裂解炉操作，使工业裂解炉生产的石化产品总价值达到最大化，从而有效提高石油化工生产企业的收入。
文档编号C10G9/36GK103087754SQ20111033269
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者张利军, 王国清, 杜志国, 李蔚, 张永刚, 薛丽敏, 周丛, 周先锋 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院