基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统的制作方法

本发明涉及一种延迟焦化吸收稳定优化方式，特别是涉及一种基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统。
背景技术：
：延迟焦化是一种热裂化工艺，其主要目的是将高残碳的残油转化为轻质油。延迟焦化原料可以是重油、渣油、甚至是沥青，延迟焦化产物分为气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭。焦化汽油和焦化柴油是延迟焦化的主要产品。延迟焦化装置一般分为延迟焦化、分馏和吸收稳定三个系统。其中吸收稳定系统是利用吸收和精馏方法将分馏塔塔顶油气分离器中的富气和粗汽油分离成干气(c1、c2)、液化气lpg(c3、c4)和稳定汽油。长期以来，吸收稳定系统存在以下长期困扰的问题:1干气不干，由于吸收不充分导致干气中夹带部分的c3及以上组分，使其中含有的丙烯作为燃料气使用，且液化气产量会降低；2补充吸收剂量和解吸塔底温度、贫吸收油量等参数处于不合理范围。如何调整的产品收率及降低能耗对整个装置的经济效益有着十分重要的影响。吸收稳定系统工艺主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔和稳定塔组成，4台塔之间存在多股循环物流，各塔之间相互干扰，相互制约。另外，由于富气原料组分未知，使得计算更加困难。要实经济效益最大化的目的，仅仅以某个塔为出发点是无法做到的，优化时既要考虑高附加值的产品收率又要最大程度地降低系统的能耗。因此必须对整个系统进行调和计算和经济最优化计算，得出综合效益最佳的结论，利用最优参数来指导生产。流程模拟是指将多个化工单元过程组成的工艺流程通过计算机软件以数学模型展现的计算过程，通过输入相应参数计算获得所需的结果。现今化工模拟软件得到极大的发展，其中以aspenplus、hysys和proii等为代表，已经在化工行业得到了普遍的应用，对工艺研发、化工生产、工程设计起到了极大的帮助作用，另外在工艺优化及技术改造方面也有了广泛应用。通过采用流程模拟软件进行建模，分别进行基本工况计算、实际工况计算以及优化计算后，可以获得非常可靠的数据以分析整个系统的能量消耗和工艺特点。根据计算获得的结论调整相应的操作参数，提高c3以上组分吸收效率，减少不必要的能量消耗，使得整个系统的经济效益得到提高。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够给出最佳的操作参数，实现快速、准确计算，提高整个系统经济效益的基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统。本发明所采用的技术方案是：一种基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统，包括，用于采集生产过程数据和化验分析数据的数据采集模块，与所述的数据采集模块数据输出端相连的由调和计算模块和经济优化计算模块构成的输出优化结果的计算模块，根据实际延迟焦化工艺流程建立严格机理模型的模拟模型，所述模拟模型的数据输出端分别连接使用eo方法建立有调和目标函数的调和模型和使用eo方法建立有优化目标函数的经济优化模型的数据输入端，所述计算模块的数据输入端和数据输出端分别连接流程模拟软件，并通过所述的流程模拟软件调用调和子模型和经济优化子模型，其中，所述的调和计算模块和经济优化计算模块分别通过com端口与流程模拟软件交互，实现对流程模拟软件的控制；所述的模拟模型中的严格机理模型包括物流、压缩机、汽轮机、泵、换热器、吸收塔、再吸收塔、解吸塔和稳定塔。所述的调和模型，是在模拟模型的基础上，使用eo方法建立的一个调和目标函数，选择一组调和变量和一组约束条件，调和目标函数是模拟计算结果与实际测量数据的误差平方和，调和变量是原料组成、流量和塔板效率；所述的经济优化模型，是在模拟模型的基础上，使用eo方法建立的一个经济优化目标函数，选择一组优化变量和一组约束条件，优化目标函数是产品效益减去操作费用和原料费用，优化变量是补充吸收剂量、贫吸收剂量和解吸塔底温度。所述的数据采集模块是根据连接在控制输入端的web应用模块的控制，通过odbc接口与实时数据库和lims数据库进行通讯，所述的操作数据包括物流和设备的温度、压力、流量、液位，所述的化验数据包括原料、中间物料、产品的质量分析数据。所述的web应用模块，用于接受用户指令、启动后台计算程序、返回计算结果。所述调和计算模块和经济优化计算模块的控制包括启动流程模拟软件、打开调和模型和经济优化模型、参数读写和关闭调和模型和经济优化模型。调和模型中所述的调和目标函数为：vi——计算结果——实测值σi——标准偏差i——目标变量集合。经济优化模型(10)所述的经济优化目标函数maxobj2＝∑ivi*cost_∑jvj*cost，i∈i，j∈j(2)vi——产品量vj——公用工程消耗量cost——价格i——产品变量集合j——公用工程变量集合所述的调和模型和经济优化模型的约束条件定义如下：1)液化气产品中c2组分体积分数上限vc2≤mfmax(3)vc2——c2以下组分体积分数mfmax——体积分数上限2)液化气产品中c5及以上组分体积分数上限vc5≤mfmax(4)vc5——c5以上组分体积分数mfmax——体积分数上限3)换热器热负荷上限约束d≤duj,max,j∈j(5)d——换热器负荷duj,max——负荷上限j——换热器集合4)解吸塔和稳定塔塔釜温度上下限约束tj,b≤tj,max(6)tj,b≥tj,min(7)tw,b≤tb,max(8)tw,b≥tb,min(9)tj,b——解吸塔塔釜温度tw,b——稳定塔塔釜温度tmax——温度上限tmin——温度下限5)精馏塔各段泛点率约束fp≤rmax(10)fp——泛点率rmax——泛点率上限6)调和变量上下限约束rj≤vj,max,j∈j(11)rj≥vj,min,j∈j(12)rj——调和变量vj,max——值上限vj,min——值下限j——调和变量集合7)优化变量上下限约束qj≤vj,max,j∈j(13)qj≥vj,min,j∈j(14)qj——优化变量vj,max——值上限vj,min——值下限j——优化变量集合。所述的调和模型和经济优化模型共同使用的约束条件包括产品液化气中c2组分体积分数上限和c5以上组分体积分数上限、解吸塔和稳定塔塔釜温度上下限和各换热器热负荷上限、精馏塔各段泛点率；所述的调和模型和经济优化模型分别单独使用的约束条件是调和变量的上下限和优化变量的上下限。本发明的基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统，使用流程模拟软件实现准确计算延迟焦化吸收稳定系统工艺过程的物性参数、物料平衡和能量平衡等数据；数据采集接口可以在线自动采集实时数据和lims数据，实现实时计算和优化；使用面向方程方法建立的调和子模型和经济优化子模型，较传统序贯模块法，具有计算速度快的优势，满足了实时优化要求；调和子模型可以对采集到的数据进行调和，消除系统误差，满足物料平衡和能量平衡；web应用程序使系统使用和维护简单。附图说明图1是本发明基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统的框图；图2是本发明实施案例的延迟焦化装置吸收稳定系统的工艺流程图。图中1：web应用模块2：数据采集模块3：实时数据库4：lims数据库5：调和计算模块6：经济优化计算模块7：流程模拟软件8：调和模型9：模拟模型10：经济优化模型k201：富气压缩机c301：吸收塔c302：解吸塔c303：再吸收塔c304：稳定塔d301：压缩机出口油气分离器d302：稳定塔顶回流罐e304：混合富气冷却器e309：低温水-稳定汽油换热器e038：解吸塔进料-稳定汽油换热器e301：解吸塔中段重沸器e302：解吸塔底重沸器e310：稳定汽油冷却器e307：稳定塔顶冷却器e303：稳定塔底重沸器p305“稳定汽油泵具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明的基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统做出详细说明。如图1所示，本发明的一种基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统，包括，用于采集生产过程数据和化验分析数据的数据采集模块2，与所述的数据采集模块2数据输出端相连的由调和计算模块5和经济优化计算模块6构成的输出优化结果的计算模块，根据实际延迟焦化工艺流程建立严格机理模型的模拟模型9，所述模拟模型9的数据输出端分别连接使用eo方法建立有调和目标函数的调和模型8和使用eo方法建立有优化目标函数的经济优化模型10的数据输入端，所述计算模块的数据输入端和数据输出端分别连接流程模拟软件7，并通过所述的流程模拟软件7调用调和子模型8和经济优化子模型10。其中，所述的数据采集模块2是根据连接在控制输入端的web应用模块1的控制，通过odbc接口与实时数据库3和lims数据库4进行通讯，所述的操作数据包括物流和设备的温度、压力、流量、液位，所述的化验数据包括原料、中间物料、产品的质量分析数据。所述的web应用模块1，包含前端用户交互程序和后台计算控制程序，用于接受用户指令、启动后台计算程序、返回计算结果。所述的调和计算模块5和经济优化计算模块6分别通过com端口与流程模拟软件7交互，实现对流程模拟软件7的控制；所述调和计算模块5和经济优化计算模块6的控制包括启动流程模拟软件7、打开调和模型8和经济优化模型10、参数读写和关闭调和模型8和经济优化模型10。所述的模拟模型9中的严格机理模型包括物流、压缩机、汽轮机、泵、换热器、吸收塔、再吸收塔、解吸塔和稳定塔。所述的调和模型8，是在模拟模型9的基础上，使用eo方法建立的一个调和目标函数，选择一组调和变量和一组约束条件，调和目标函数是模拟计算结果与实际测量数据的误差平方和，调和变量是原料组成、流量和塔板效率；所述的经济优化模型10，是在模拟模型的基础上，使用eo方法建立的一个经济优化目标函数，选择一组优化变量和一组约束条件，优化目标函数是产品效益减去操作费用和原料费用，优化变量是补充吸收剂量、贫吸收剂量和解吸塔底温度。其中：调和模型8中所述的调和目标函数为：vi——计算结果——实测值σi——标准偏差i——目标变量集合。经济优化模型10所述的经济优化目标函数maxobj2＝∑ivi*cost_∑jvj*cost，i∈i，j∈j(2)vi——产品量vj——公用工程消耗量cost——价格i——产品变量集合j——公用工程变量集合所述的调和模型8和经济优化模型10的约束条件定义如下：1)液化气产品中c2组分体积分数上限vc2≤mfmax(3)vc2——c2以下组分体积分数mfmax——体积分数上限2)液化气产品中c5及以上组分体积分数上限vc5≤mfmax(4)vc5——c5以上组分体积分数mfmax——体积分数上限3)换热器热负荷上限约束d≤duj,max,j∈j(5)d——换热器负荷duj,max——负荷上限j——换热器集合4)解吸塔和稳定塔塔釜温度上下限约束tj,b≤tj,max(6)tj,b≥tj,min(7)tw,b≤tb,max(8)tw,b≥tb,min(9)tj,b——解吸塔塔釜温度tw,b——稳定塔塔釜温度tmax——温度上限tmin——温度下限5)精馏塔各段泛点率约束fp≤rmax(10)fp——泛点率rmax——泛点率上限6)调和变量上下限约束rj≤vj,max,j∈j(11)rj≥vj,min,j∈j(12)rj——调和变量vj,max——值上限vj,min——值下限j——调和变量集合7)优化变量上下限约束qj≤vj,max,j∈j(13)qj≥vj,min,j∈j(14)qj——优化变量vj,max——值上限vj,min——值下限j——优化变量集合。所述的调和模型8和经济优化模型10共同使用的约束条件包括产品液化气中c2组分体积分数上限和c5以上组分体积分数上限、解吸塔和稳定塔塔釜温度上下限和各换热器热负荷上限、精馏塔各段泛点率；所述的调和模型8和经济优化模型10分别单独使用的约束条件是调和变量的上下限和优化变量的上下限。本发明的一种基于面向方程法的延迟焦化吸收稳定优化系统的运行过程是：用户通过web应用模块输入参数并传递到后台计算控制程序，后台计算控制程序依次完成以下步骤：(1)启动数据采集模块，采集实时数据库和lims数据，包括产品组成、物料温度、压力和流量，设备温度和压力等参数；(2)启动调和计算，将数据采集模块采集到的初始值传递至调和计算模块，计算出原料组成和流量、塔板效率。(3)启动经济优化计算，将调和计算结果传递至经济优化计算模块，计算出最优的补充吸收剂量、贫吸收剂量和解吸塔底温度，使得经济效益最大化。(4)输出计算结果。具体实例图2为本发明实施案例的延迟焦化装置吸收稳定系统的工艺流程。从分馏塔塔顶出来的富气被压缩机(k201)压缩至1.6～1.7mpa，压缩富气先后与吸收塔(c301)底油混合、解吸塔(c302)顶气体混合，后经冷却至常温，冷却后进入油气分离器分离出富气和凝缩油。富气进吸收塔，凝缩油进解吸塔。吸收塔操作压力为1.4mpa，平均吸收温度约为45℃，富气从吸收塔下部进入，从分馏塔顶来的粗汽油和来自稳定塔的补充吸收剂从顶部进料，与富气逆向接触吸收脱除其中的轻烃组分。吸收过程存在放热现象，为保证吸收效果必须维持热量平衡，因此在吸收塔中部布置两个中段回流降低塔底的温度，吸收塔底的饱和吸收油则进入空冷(e304)前与压缩富气混合。吸收塔顶来的贫气进入再吸收塔(c303)底部，与贫吸收油(轻柴油)逆流接触，进一步脱除贫气中轻烃组分，再吸收塔顶压力为1.35mpa，平均温度为45℃，来自再吸收塔塔顶出干气经脱硫后进入炼厂燃气系统。塔底富吸收油则返回分馏塔。解吸塔的作用是将凝缩油中夹带的c2组分解析出来，为稳定塔(c304)产出合格的液化气lpg提供保障。来自油气分离器出来的凝缩油由解析塔顶进料，在中间再沸器和塔底再沸器的作用下，从塔底得到脱乙烷汽油，进入稳定塔。油气分离器出来的凝缩油与稳定汽油换热后，进入解吸塔上部，塔底温度约为110～130℃，塔顶压力1.6mpa，解吸塔底再沸器由分馏塔一中回流和贫吸收油供热，解吸塔顶气体至湿式空冷之前与压缩富气混合。解吸塔塔底的脱乙烷汽油与稳定汽油换热至150℃左右进入稳定塔。稳定塔顶操作压力为1.2mpa。c4及c4以下的轻组分从稳定塔顶采出，经冷却至常温，进入回流罐，一部分作为塔顶回流，另一部分作为液化气产品送出装置。塔底的稳定汽油先与脱乙烷汽油、凝缩油和空冷换热后，经泵p305输送一部分打入吸收塔顶作为补充吸收剂，另一部分作为稳定汽油产品送出装置。本实例采用延迟焦化装置吸收稳定实际数据进行模拟计算，模拟计算结果与现场数据基本吻合。调和计算结果如下：表1原料气组成名称组成名称组成名称组成名称组成water0.205ic4h100.008pc78c979ppmpc107c20.024h20.049nc4h100.022pc93c599ppmpc121c20.018o20.002c4h80.008pc107c326ppmpc135c20.015n20.005ic4h80.002pc121c299ppmpc149c20.013co2347ppmtc4h80.002pc135c27ppmpc163c0.007ch4585ppmcc4h80.001pc36c0.095pc177c140ppmc2h60.224c5h120.002pc65c20.023pc190c2ppmc2h40.095h2s0.04pc78c20.024pc204c56ppbc3h80.053pc39c0.007pc93c20.025pc218c1ppbc3h60.018pc65c0.001塔盘效率：吸收塔c301平均效率为0.2，解析塔c302的平均效率为0.8，再吸收塔c303的平均效率为0.1，稳定塔c304平均效率为0.75。目标函数中各项参数的实际值和模拟值对比见下表，从表2可以看出所有调和计算结果与现场数据接近。表2吸收稳定调和计算结果本实例经济优化的结果是：补充吸收在目前的基础上58.8t/h逐步提到高66.2t/h，解吸塔底温度从124.99℃到125.73℃，贫吸收剂量保持不变，优化结果见表3。表3吸收稳定优化计算结果从表3中可以看出：1、稳定塔塔底稳定汽油出装置的产量较优化前略有下降，下降幅度为0.01t/h，效益为-19.69元/h(单价按3346.16元/t)。2、再吸收塔塔顶干气出装置产量较优化前减少0.25t/h，效益为-428.21元/h(单价按1691.17元/t)。3、稳定塔塔顶液化气出装置的产量较优化前增加0.30t/h，效益为955.6元/h(单价按3349.9元/t)。4、低温热回收较优化前增加162.79kw，效益为19.22元/h(单价按3.279e-05元/kj)。5、空冷负荷较优化前增加162.59kw，效益为-2.57元/h(单价按4.381e-06元/kj)。6、机泵负荷较优化前增加4.33kw，效益为-2.73元/h(单价按0.63元/kwh)。7、燃料气消耗较优化前增加0.05t/h，效益为-76.34元/h(单价按1694.17元/t)。8、循环水消耗较优化前增加162.59kw，效益为-9.79元/h(单价按0.22元/t)。综上所述，本发明实例利用优化系统计算后，干气总量减少，干气c3+含量将从5.31％(体积分数)降低到4.99％(体积分数)，将多回收0.3t/h重组分到液化气，产品效益总体增加566.91元/h，同时会增加公用工程消耗费用91.41元/h，总体净效益为475.50元/h，约399万元/年(按一年8400小时)。优化前后公用工程负荷有明显变化的是：补充吸收剂泵功率、补充吸收剂空冷负荷、解吸塔再沸器热负荷、稳定塔再沸器和解吸塔再沸器操作费用增幅最大，但所有公用工程优化前后都处于额定负荷以下。当前第1页12