一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法与流程

本发明涉及原油加工技术领域，更具体地，涉及一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法。

背景技术：

面对不断重质化、劣质化的石油资源及世界范围内日益高涨的环保呼声，以减压瓦斯油VGO、催化柴油、蜡油等含硫含氮大分子烃类为原料，可生产优质柴油、高品质航空煤油、轻/重石脑油及液化气等清洁燃料的加氢裂化技术越来越受到科技工作者及现场工程师的重视。加氢裂化技术集加氢精制和催化裂化两种原料油二次处理技术的优点于一身，具有原料处理范围广，终端产品质量好，生产加工方案灵活等优势，是现代炼化企业实现产品升级改质、提升经济效益的重要手段。

加氢裂化过程根据其不同运行环节在整个原料油处理过程中所扮演的不同角色，按照其主要物质的流动方向可大致划分为反应系统、分离系统及分馏系统三个相对独立的子系统，其简化的工艺流程如图1所示。反应系统是整个过程的核心环节，其主要功能是在临氢临催化剂的环境中，通过一系列复杂的化学反应来实现原料油的轻质化和清洁化，具体包括以脱除原料油中含S、N、O等杂质化合物为目标的加氢精制反应，以将大分子烃类转换为多个小分子烃类为目标的加氢裂化反应，以及加氢饱和、异构化等伴随反应。经反应系统处理后所获取的混合产物先后通过高/低压分离器，在分离系统中实现有机烃类与氢气、氨气、硫化氢的初步分离，其中氢气经净化、升压后以循环氢的形式返回反应系统，氨气和硫化氢以溶液的形式排除系统，液态烃类混合油则进入分馏系统，经各类塔的提纯操作最终获取干气、液化气、轻/重石脑油、航空煤油、柴油等高价值产品。

在特定进料属性下，加氢裂化流程反应系统的运行状况是决定该设备最终产品收率及其质量的重要因素。根据该设备在长期实践中积累的经验知识可知，反应器中催化剂的装填量及其活性、氢油比、液时空速、氢分压及各反应床层的温度分布是决定加氢精制段及加氢裂化段化学反应速率的关键因素。但是，在实际的加氢裂化工业生产中，设备一旦投入运行，则固定床反应器中的催化剂装填量不能改变，且其催化活性在整个生命周期随着原料油处理量的增加不可逆转地衰减；通常，加氢裂化流程反应系统中的氢油比都很高，在氢气含量充足的情况下，反应速率不受氢气浓度的影响。因此，氢分压、液时空速、反应温度就成为决定工业加氢裂化流程反应系统运行状态的关键变量。

反应系统的液时空速由加氢裂化过程的原料油处理速率决定，该参数反映了原料油在反应器中的停留时间，即化学反应时间，在其他运行参数保持不变的情况下，液时空速越高，则单位时间原料油处理量就越大，在反应器中参与反应的时间就越短，进而导致精制及裂化反应的程度就越低，反之亦然。反应系统的氢分压由反应器的总压强及气相中氢气所占混合气体的百分比共同决定，氢分压越大，则催化剂表面就越不容易因积碳而失活，精制段和裂化段的化学反应速率就会越快。但是，在实际的生产过程中，设备一旦建成，则其反应系统的承压能力就无法改变，且在正常的运行工况下，反应器中的氢气纯度很高，通常保持在一定的范围内不变，故氢分压对反应速率的影响可视为常数。通常，为保证完成企业分配下来的生产任务，加氢裂化过程的原料油处理负荷一般不会因为反应程度的不足而降低，即液时空速在特定生产条件下通常保持不变。因此，优化各反应床层的入口温度，通过调整该温度来保证加氢裂化过程的反应速度，进而将整个反应器的温度分布和出口处各组分的浓度分布控制在期望值附近，是实现加氢裂化过程运行优化最切合实际的方式。

然而，现有的技术主要以保证加氢裂化过程安全、稳定运行为主，即首先是上层研究院通过对特定加氢裂化设备的历史运行数据进行离线分析，并根据其长期积累的相关经验知识给出该设备在未来一段时间内(通常为一个季度)可行的运行工况空间；然后，现场工控中心根据上层研究院所给出的未来一段时间内加氢裂化设备的安全运行工况空间进行稳定控制。显然，这种稳定控制是可行的，但该远程的离线指导无法保证加氢裂化设备在未来特定生产条件下所选择的目标稳态工况点是最优的。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少能部分地解决上述问题的用于优化加氢裂化过程反应条件的方法。该方法包括以优化设定精制反应段运行条件为手段，以延长装置开工周期为目标的精制段稳态优化；以优化设定裂化反应段运行条件为手段，以经济效益最大化为目标的裂化段稳态优化。

根据本发明的一个方面，提供一种用于优化加氢裂化过程运行条件的方法，其包括以下步骤：

S1、对加氢裂化过程的运行数据进行预处理，获取稳态过程对应的运行数据；

S2、根据复杂反应体系的集总建模理论，结合微元物料平衡和能量平衡方程，构建加氢裂化过程反应器的动力学模型；

S3、基于动力学模型预测反应器的出口温度和各产品组分浓度，利用当前过程运行数据对动力学模型中的参数进行在线校正；

S4、利用校正后的动力学模型构建稳态优化模型，优化加氢裂化过程反应器各床层的入口温度。

在上述方案的基础上，步骤S1中对加氢裂化过程的运行数据进行预处理的步骤包括：

S11、采用K-mean聚类算法将过程运行数据中的离群点自动剔除；

S12、根据信号与噪声在不同时间尺度下的不同特性，利用小波去噪技术剔除过程运行数据中的噪声。

在上述方案的基础上，步骤S3中，所述在线校正的具体步骤包括：

S31、由动力学模型计算加氢裂化过程反应器出口温度各产品组分浓度

S32、实测得到加氢裂化过程反应器出口的实际温度T_out、实际各产品组分浓度W_i；

S33、根据加氢裂化过程反应器出口温度的预测值和实测值、各产品组分浓度的预测值和实测值的误差平方，基于状态转移法迭代计算二者误差平方之和的最小值

S34、根据最小均方误差对应的加氢裂化过程反应器出口温度和各产品组分浓度校正动力学模型中的参数。

在上述方案的基础上，所述动力学模型包括加氢裂化过程精制反应段的精制反应动力学模型和裂化反应段的裂化反应动力学模型；

所述稳态优化模型包括加氢裂化过程精制反应段的精制反应稳态优化模型和裂化反应段的裂化反应稳态优化模型。

在上述方案的基础上，所述精制反应稳态优化模型的具体内容为：

其中，C_N，out＝F₁(C₀(z)，T_in)为根据精制反应段的精制反应动力学模型的反应床层入口温度和出口处有机氮化物含量建立的关系模型，C_N,out是基于动力学模型在反应器各床层特定入口温度下计算得到的精制反应段出口处有机氮化物含量，C_N,out,req是实际工业加氢裂化流程要求的精制反应段出口处有机氮化物含量上限，T_min和T_max分别精制反应段各反应床层入口温度的上下限。

在上述方案的基础上，步骤S4中，优化精制反应器各床层入口温度的步骤包括：

S41、对加氢裂化过程精制反应段的各床层入口温度可行区间[T_min,T_max]进行等间隔划分，形成N组相互独立的入口温度子区间；

S42、在每个温度子区间内随机选取一组温度值作为各反应床层的入口温度设定值，代入精制反应动力学模型中，求取精制反应器出口有机氮化物含量；

S43、根据精制反应动力学模型计算得到的精制反应器出口有机氮化物含量与生产中要求的有机氮化物含量的误差，由精制反应段稳态优化模型计算各温度子区间内的不同入口温度所对应的目标函数值J₁；

S44、将对应最小目标函数值J₁的温度子区间再次等划分为M组相互独立的入口温度子区间，重复步骤S42-S43，直至目标函数值J₁达到最优。

在上述方案的基础上，所述裂化反应稳态优化模型的具体内容为：

其中，Y＝F₂(C₀(z),T_in)为根据裂化反应段的裂化反应动力学模型的反应床层入口温度和产品产量建立的关系模型，price_i分别表示加氢裂化过程尾油、柴油、航煤、重石脑油、轻石脑油、液化气、干气七种终端产品的当前市场价格，Y＝[y₁,…y₇]^T分别表示加氢裂化过程尾油、柴油、航煤、重石脑油、轻石脑油、液化气、干气七种产品的预期产量，T_min和T_max分别是裂化段各反应床层入口温度的上下限。

在上述方案的基础上，步骤S4中，优化裂化反应器各床层入口温度的步骤包括：

S41、对加氢裂化过程裂化反应段的各反应器入口温度可行区间[T_min,T_max]进行等间隔划分，形成N组相互独立的入口温度子区间；

S42、在每个温度子区间内随机选取一组温度值作为各反应床层的入口温度设定值，代入裂化反应动力学模型中，求取裂化反应器出口的各产品组分含量；

S43、根据裂化反应动力学模型计算得到的裂化反应器出口各产品组分含量，结合当前市场上各产品组分的价格及原料的成本，由裂化反应段稳态优化模型计算各温度子区间内的不同入口温度所对应的目标函数值J₂；

S44、将对应最大目标函数值J₂的温度子区间再次等划分为M组相互独立的入口温度子区间，重复步骤S42-S43，直至目标函数值J₂达到最优。

本申请提出的一种用于优化加氢裂化过程运行条件的方法，其有益效果主要如下：

(1)对过程运行数据进行预处理，避免异常数据的干扰，增强运行优化控制的准确性；

(2)对加氢裂化过程中的化学反应进行基于集总理论的分类处理，在不影响准确性的条件下，简化处理过程；

(3)对所构建的动力学模型进行实时校正，实现对整个反应器温度分布及各组分浓度分布的精准预测，使其能够更符合实际的加氢裂化生产过程；

(4)基于校正后的反应动力学模型，构建用于优化反应条件的稳态优化模型，获取反应器各床层入口温度的最优值，在保证设备安全、稳定运行的同时，实现延长设备开工周期，增加设备经济效益的目的。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的工艺流程示意图；

图2为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的精制反应段稳态优化的流程示意图；

图4为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的化学反应网络示意图；

图5为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的反应器入口温度优化流程示意图；

图6为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的裂化反应段稳态优化的流程示意图；

图7为根据本发明实施例的一种用于优化加氢裂化过程反应条件的方法的化学反应网络示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

加氢裂化过程根据其不同运行环节在整个原料油处理过程中的作用，按照其主要物质的流动方向可大致划分为反应系统、分离系统及分馏系统三个相对独立的子系统，其简化的工艺流程如图1所示。

反应系统是整个过程的核心环节，其主要功能是在临氢临催化剂的环境中，通过一系列复杂的化学反应来实现原料油的轻质化和清洁化，具体包括以脱除原料油中含S、N、O等杂质化合物为目标的精制反应，以将大分子烃类转换为多个小分子烃类为目标的裂化反应，以及加氢饱和、异构化等伴随反应。经反应系统处理后所获取的混合产物先后通过高/低压分离器，在分离系统中实现有机烃类与氢气、氨气、硫化氢的初步分离，其中氢气经净化、升压后以循环氢的形式返回反应系统，氨气和硫化氢以溶液的形式排出系统，液态烃类混合油则进入分馏系统，经各类塔的提纯操作最终获取干气、液化气、轻/重石脑油、航空煤油、柴油等高价值产品。

其中，精制反应和裂化反应在控制产品质量以及装置的安全运行过程中至关重要。

参见图2所示，一种用于优化加氢裂化过程运行条件的方法，其包括以下步骤：

S1、对加氢裂化过程的运行数据进行预处理，获取稳态过程对应的运行数据；

S2、根据复杂反应体系的集总建模理论，结合微元物料平衡和能量平衡方程，构建加氢裂化过程反应器的动力学模型；

S3、基于动力学模型预测反应器的出口温度和各产品组分浓度，利用当前过程运行数据对动力学模型中的参数进行在线校正；

S4、利用校正后的动力学模型构建稳态优化模型，优化加氢裂化过程反应器各床层的入口温度。

在实际生产过程中，设备一旦建成并投入运行，则其承压能力、处理负荷、催化剂衰减速率等能够影响反应速率的部分关键变量就难以改变。

根据阿累尼乌斯(Arrhenius)定理，在特定的生产环境下，反应温度与反应速度呈正相关关系，因此，在实际的工业加氢裂化生产中，调节反应器各床层的入口温度就成为调整各类反应速度，进而调控反应器出口处各类产品分布状况的最灵活、最有效手段。

对加氢裂化过程的各反应床层入口温度、各反应物组分浓度、各生成物组分浓度等多个过程运行数据进行预先处理，去除异常数据的干扰。经整理后的数据，根据复杂反应体系的集总理论进行归类分析，能够更加有条理的分析各类反应，便于分类分析不同的反应物与生成物的对应关系，以更准确的建立优化控制加氢裂化过程中各类化学反应程度的动力学模型。

根据构建的动力学模型能够对加氢裂化过程的反应器出口温度以及出口处各生成物组分浓度进行预测。根据出口温度和各生成物组分浓度的预测值，对动力学模型中的参数进行在线校正，以使所构建的动力学模型与工业生产中的实际情况的符合性更好，能够更准确的实时优化加氢裂化过程的反应条件，从而更好的控制反应产物分布状况。

根据校正后的动力学模型，构建稳态优化模型，稳态优化模型是基于动力学模型对加氢裂化反应条件的实时优化模型。根据所要得到的各反应产物分布要求，对加氢裂化过程的各反应床层的入口温度进行优化，从而实现实时优化控制加氢裂化过程中的反应状态的目的。

加氢裂化过程的动力学模型分别包括精制反应段的精制反应动力学模型和裂化反应段的裂化反应动力学模型；加氢裂化过程的稳态优化模型分别包括精制反应段的精制反应稳态优化模型和裂化反应段的裂化反应稳态优化模型。以下分别从精制反应段和裂化反应段进行具体说明。

实施例1

参见图3所示，上述步骤S1中，对加氢裂化过程精制反应段的运行数据进行预处理，获取稳态运行数据的具体方法为：

S11、采用K-mean聚类算法将过程运行数据中的离群点自动剔除；

S12、根据信号与噪声在不同时间尺度下的不同特性，利用小波去噪技术剔除过程运行数据中的噪声。

采用K-mean聚类算法对加氢裂化过程精制反应段的过程运行数据中的离群点自动进行剔除，以避免非正常数据对模型构建的干扰。

加氢裂化过程精制反应段含噪声的过程运行数据可根据信号与噪声在不同尺度上呈现不同特性的原理予以剔除，即将含有噪声的过程运行数据在特定的小波母函数上进行多尺度分解，其中，a为小波母函数的伸缩因子，τ为小波母函数的平移因子。在不同的时域和频域内选择合适的阈值函数进行滤波处理，最后经信号重构得到去噪后的加氢裂化过程精制反应段运行数据。

根据集总理论，精制反应段的反应物分为含硫有机化合物、含氮有机化合物、含氧有机化合物三种集总组分，其生成物分为烃类、硫化氢、氨气和水四种集总组分。参见图4所示，按照反应物和生成物的集总组分，构建加氢裂化过程精制反应段的化学反应网络，分别对应如下：

R-S+2H₂→R-H₂+H₂S

R-N+3H₂→R-H₃+NH₃

R-O+2H₂→R-H₂+H₂O

其中，R-S、R-N、R-O和R-H_i(i＝2,3)分别表示含硫有机化合物、含氮有机化合物、含氧有机化合物和烃类。

根据加氢裂化过程精制反应段按照集总理论划分的三类反应网络，将精制反应段的化学反应划分成无数微元，根据精制反应段的化学反应微元按照物料平衡和微元能量平衡分别建立微元物料平衡方程和微元能量平衡方程。

微元物料平衡方程：

C_i,j·Ω·u₀·Δt-R_i,j·Ω·Δl·Δt＝(C_i,j+ΔC_i,j)·Ω·u₀·Δt (1)

其中R_i,j为精制反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，C_i，j为第j个反应床层第i种集总组分所取微元入口处的浓度(mol·m^-3)，C_i，j+ΔC_i，j为第j个反应床层第i种集总组分所取微元出口处的浓度(mol·m^-3)，Ω为精制反应器的横截面积(m²)，u₀为流体在精制反应器中的流速(m·s^-1)，Δl为反应器中所取微元的高度(m)，Δt为足够短的时间。

微元能量平衡方程：

其中R_i,j为精制反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，Ω为精制反应器的横截面积(_m²)，T_j为第j个反应床层所取微元入口处的温度(K)，T_j+ΔT_j为第j个反应床层所取微元出口处的温度(K)，G_in为各反应床层液相混合进料的质量流量(Kg·h^-1)，为各反应床层氢气的质量流量(Kg·h^-1)，为反应器中液相混合进料的比热(J·Kg^-1·K^-1)，为反应器中氢气的比热(J·Kg^-1·K^-1)，-H_R为加氢精制释放的反应热(J)，Δl为反应器中所取微元的高度(m)，Δt为足够短的时间。

对上述反应器微元的物料平衡方程(1)及能量平衡方程(2)两边同时除以Δt并沿着反应器的轴向Z积分，则可获得整个加氢精制反应器的稳态动力学模型。

其中为精制反应器第j个反应床层第i种集总组分沿反应器轴向的导数，为精制反应器第j个反应床层温度沿反应器轴向的导数，R_i,j为精制反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，C_i，j为第j个反应床层第i种集总组分的浓度(mol·m^-3)，T_j为第j个反应床层的温度(K)，L为精制反应器各床层的高度，u₀为流体在精制反应器中的流速(m·s^-1)，Ω为精制反应器的横截面积(_m²)，G_in为各反应床层液相混合进料的质量流量(Kg·h^-1)，为各反应床层氢气的质量流量(Kg·h^-1)，为反应器中液相混合进料的比热(J·Kg^-1·K^-1)，为反应器中氢气的比热(J·Kg^-1·K^-1)，-H_R为加氢精制释放的反应热(J)，为第j个反应床层的入口温度(K)，为第j-1个反应床层的出口混合物温度(K)，为第j个反应床层入口急冷氢温度(K)。

通过所构建的精制反应动力学模型，能够清晰的反映加氢裂化过程精制反应段的化学反应的状态，以便于优化精制反应段各床层入口温度，从而优化控制其化学反应产物的产量。

根据上述步骤S3中，对加氢裂化过程精制反应段的精制反应动力学模型在线校正的具体步骤包括：

由动力学模型计算加氢裂化过程反应器出口温度各产品组分浓度

实测得到加氢裂化过程反应器出口的实际温度T_out、实际各产品组分浓度W_i；

根据加氢裂化过程反应器出口温度的预测值和实测值、各产品组分浓度的预测值和实测值的误差平方，基于状态转移法迭代计算二者误差平方之和的最小值

根据最小均方误差对应的加氢裂化过程反应器出口温度和各产品组分浓度校正动力学模型中的参数。

根据当前正常运行稳态工况下所对应的过程数据，由精制反应动力学模型预测精制反应段的出口温度和产品组分浓度以及正常生产时精制反应段的实际出口温度T_out和产品组分浓度W_i，采用状态转移算法对精制反应动力学模型的参数进行在线校正，从而使精制反应动力学模型更符合实际生产状况。

精制反应段的反应器出口温度预测值和硫化氢、氨气、反应生成水三种组分生成量预测值按照公式(3)进行求解，其中含硫、含氮、含氧有机杂质化合物的反应速率R满足如下方程：

根据预测值，采用状态转移算法对精制反应动力学模型的参数进行校正。状态转移算法是将产生候选解的过程用一个统一的框架来描述，用状态转移矩阵来描述产生候选解的算子。状态转移算法可通过旋转、扩张、线性平移和轴向平移四个基本算子来兼顾其全局和局部的寻优能力，实现精制反应动力学模型中关键参数的在线校正，状态转移算法各算子的具体计算公式如下：

旋转算子

扩张算子x_k+1＝x_k+γR_ex_k (6)

线性平移算子

轴向平移算子x_k+1＝x_k+δR_ax_k (8)

其中x_k-1,x_k,x_k+1分别为上一时刻、当前时刻、下一时刻的状态，代表状态转移算法中待校正的关键参数；α，β，γ，δ为状态转移算法的内部参数，一般为正值常数；R_r为[-1,1]区间内的随机数矩阵，R_t为[0,1]区间内的随机数矩阵，R_e为[-∞,+∞]内服从高斯分布的随机对角矩阵，R_a为只有一个非零元素且服从高斯分布的随机对角矩阵

根据状态转移算法迭代计算后得到的加氢裂化过程精制反应段的出口温度和产品组分浓度校正化学反应网络中所对应的指前因子k_0,S,k_0,N,k_0,O和反应活化能E_S,E_N,E_O。通过对指前因子和活化能的校正，进而校正精制反应动力学模型。

基于状态转移算法的加氢裂化过程精制反应段的精制反应动力学模型参数在线校正操作可通过优化以下目标函数实现：

其中，对于加氢精制反应器，和分别代表精制反应器出口温度和硫化氢、氨气、反应生成水三种组分生成量的模型预测值，T_out和W_i分别代表精制反应器出口温度和硫化氢、氨气、反应生产水三种组分生成量的实测值。

对加氢裂化过程精制反应段的精制反应动力学模型进行校正后，采用精制反应稳态优化模型对精制反应段各反应床层的入口温度进行优化，步骤S4中，精制反应段的精制反应稳态优化模型的具体内容为：

其中，上式中的C_N，out＝F₁(C₀(z)，T_in)为根据精制反应段的精制反应动力学模型的反应床层入口温度和出口处有机氮化物含量建立的关系模型。C_N,out是基于动力学模型在反应器各床层特定入口温度下计算得到的精制反应段出口处有机氮化物含量，C_N,out,req是实际工业加氢裂化流程要求的精制反应段出口处有机氮化物含量上限，T_min和T_max分别精制反应段各反应床层入口温度的上下限。

参见图5所示，基于精制反应稳态优化模型优化精制反应段各床层的入口温度，从而优化精制反应段中化学反应的条件，根据精制反应稳态优化模型优化反应器入口温度的具体步骤为：

S41、对加氢裂化过程精制反应段的各床层入口温度可行区间[T_min,T_max]进行等间隔划分，形成N组相互独立的入口温度子区间；

S42、在每个温度子区间内随机选取一组温度值作为各反应床层的入口温度设定值，代入精制反应动力学模型中，求取精制反应器出口有机氮化物含量；

S43、根据精制反应动力学模型计算得到的精制反应器出口有机氮化物含量与生产中要求的有机氮化物含量的误差，由精制反应段稳态优化模型计算各温度子区间内的不同入口温度所对应的目标函数值J₁；

S44、将对应最小目标函数值J₁的温度子区间再次等划分为M组相互独立的入口温度子区间，重复步骤S42-S43，直至目标函数值J₁达到最优。

获取目标函数值J₁最优时的入口温度值，则所取温度为加氢裂化过程精制反应器各床层入口温度的最优稳态设定值。通过优化反应器各床层入口温度而优化控制出口有机氮化物含量，避免加氢裂化过程精制反应段的化学反应温度过高或过低。

根据产品质量要求，实时优化反应器各床层的入口温度，既有利于控制有机氮化物的含量，又能够有效的延长装置的使用周期，提高经济效益。

实施例2

参见图6所示，上述步骤S1中，对加氢裂化过程的裂化反应段的运行数据进行预处理，获取稳态运行数据的具体方法为：

S11、采用K-mean聚类算法将过程运行数据中的离群点自动剔除；

S12、根据信号与噪声在不同时间尺度下的不同特性，利用小波去噪技术剔除过程运行数据中的噪声。

采用K-mean聚类算法对加氢裂化过程的裂化反应段的过程运行数据中的离群点自动进行剔除，以避免非正常数据对模型构建的干扰。

加氢裂化过程裂化反应段含噪声的过程运行数据可根据信号与噪声在不同尺度上呈现不同特性的原理予以剔除，即将含有噪声的过程运行数据在特定的小波母函数上进行多尺度分解，其中，a为小波母函数的伸缩因子，τ为小波母函数的平移因子。在不同的时域和频域内选择合适的阈值函数进行滤波处理，最后经信号重构得到去噪后的加氢裂化过程裂化反应段运行数据。

根据集总理论，裂化反应段的反应物选取混合原料油一个集总组分，其生成物分为干气、液化气、轻石脑油、重石脑油、航空煤油、柴油和尾油七种集总组分。参见图7所示，按照反应物和生成物的集总组分，构建加氢裂化过程的裂化反应段的化学反应网络如下：

C_nH_k→C_mH_l+C_n-mH_k-l

其中，n，m，k，l分别为大于0的整数，且满足n>m，k>l。

根据加氢裂化过程裂化反应段按照集总理论构建的反应网络，将裂化反应段的化学反应划分成无数微元，根据裂化反应段的化学反应微元按照微元物料平衡和微元能量平衡分别建立微元物料平衡方程和微元能量平衡方程。

微元物料平衡方程：

C_i,j·Ω·u₀·Δt-R_i,j·Ω·Δl·Δt＝(C_i,j+ΔC_i,j)·Ω·u₀·Δt (11)

其中R_i,j为裂化反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，C_i，j为第j个反应床层第i种集总组分所取微元入口处的浓度(mol·m^-3)，C_i，j+ΔC_i，j为第j个反应床层第i种集总组分所取微元出口处的浓度(mol·m^-3)，Ω为裂化反应器的横截面积(m²)，u₀为流体在裂化反应器中的流速(m·s^-1)，Δl为反应器中所取微元的高度(m)，Δt为足够短的时间。

微元能量平衡方程：

其中R_i,j为裂化反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，Ω为裂化反应器的横截面积(_m²)，T_j为第j个反应床层所取微元入口处的温度(K)，T_j+ΔT_j为第j个反应床层所取微元出口处的温度(K)，G_in为各反应床层液相混合进料的质量流量(Kg·h^-1)，为各反应床层氢气的质量流量(Kg·h^-1)，为反应器中液相混合进料的比热(J·Kg^-1·K^-1)，为反应器中氢气的比热(J·Kg^-1·K^-1)，-H_R为加氢裂化释放的反应热(J)，Δl为反应器中所取微元的高度(m)，Δt为足够短的时间。

对上述反应器微元的物料平衡方程(11)及能量平衡方程(12)两边同时除以Δt并沿着反应器的轴向Z积分，则可获得整个加氢裂化反应器的稳态动力学模型。

其中为裂化反应器第j个反应床层第i种集总组分沿反应器轴向的导数，为裂化反应器第j个反应床层温度沿反应器轴向的导数，R_i,j为裂化反应器第j个反应床层第i种集总组分的反应速率，C_i,j为第j个反应床层第i种集总组分的浓度(mol·m^-3)，T_j为第j个反应床层的温度(K)，L为裂化反应器各床层的高度，u_o为流体在裂化反应器中的流速(m·s^-1)，Ω为裂化反应器的横截面积(m²)，G_in为各反应床层液相混合进料的质量流量(Kg·h^-1)，为各反应床层氢气的质量流量(Kg·h^-1)，为反应器中液相混合进料的比热(J·Kg^-1·K^-1)，为反应器中氢气的比热(J·Kg^-1·K^-1)，-H_R为加氢精制释放的反应热(J)，为第j个反应床层的入口温度(K)，为第j-1个反应床层的出口混合物温度(K)，为第j个反应床层入口急冷氢温度(K)。

通过所构建的裂化反应动力学模型，能够清晰的反映加氢裂化过程裂化反应段的化学反应的状态，以便于对裂化反应段各床层入口温度的优化，从而调整其裂化反应各产物的分布状况。

根据上述步骤S3中，对加氢裂化过程裂化反应段的裂化反应动力学模型在线校正的具体步骤包括：

由动力学模型计算加氢裂化过程反应器出口温度各产品组分浓度

实测得到加氢裂化过程反应器出口的实际温度T_out、实际各产品组分浓度W_i；

根据加氢裂化过程反应器出口温度的预测值和实测值、各产品组分浓度的预测值和实测值的误差平方，基于状态转移法迭代计算二者误差平方之和的最小值

根据最小均方误差对应的加氢裂化过程反应器出口温度和各产品组分浓度校正动力学模型中的参数。

根据当前正常运行稳态工况下所对应的特征数据，由裂化反应动力学模型预测裂化反应段的出口温度和产品组分浓度以及正常生产时裂化反应段的实际出口温度T_out和产品组分浓度W_i，采用状态转移算法对裂化反应动力学模型的参数进行在线校正，从而使裂化反应动力学模型更符合实际生产状况。

裂化反应段的反应器出口温度预测值和尾油、柴油、航煤、重石脑油、轻石脑油、液化气、干气七种产品的预测值按照公式(13)，即裂化反应动力学模型进行求解，其中各集成组分的反应速率R满足如下方程：

根据预测值，采用状态转移算法对裂化反应动力学模型的参数进行在线校正。状态转移算法可通过旋转、扩张、线性平移和轴向平移四个基本算子来兼顾其全局和局部的寻优能力，即按照公式(5)-(8)实现加氢裂化动力学模型中关键参数的在线校正。

根据状态转移算法迭代计算后得到的加氢裂化过程裂化反应段的出口温度和产品组分浓度对化学反应网络中所对应的k_0,i，i＝1,…,28和反应活化能E_i，i＝1,…,28。通过对指前因子和活化能的校正，进而校正裂化反应动力学模型。

基于状态转移算法的加氢裂化过程裂化反应段的裂化反应动力学模型参数在线校正操作可通过优化以下目标函数，即按照公式(9)实现。

对加氢裂化过程裂化反应段的裂化反应动力学模型进行校正后，基于裂化反应段的流程终端产品的市场价格，建立以经济效益最大化为目标的裂化反应稳态优化模型，采用裂化反应稳态优化模型优化裂化反应段的反应器的入口温度，步骤S4中裂化反应段的裂化反应稳态优化模型的具体内容为：

其中，上式中的Y＝F₂(C₀(z),T_in)为根据裂化反应段的裂化反应动力学模型的反应床层入口温度和产品产量建立的关系模型，price_i分别表示加氢裂化过程尾油、柴油、航煤、重石脑油、轻石脑油、液化气、干气七种终端产品的当前市场价格，Y＝[y₁,…y₇]^T分别表示加氢裂化过程尾油、柴油、航煤、重石脑油、轻石脑油、液化气、干气七种产品的预期产量，T_min和T_max分别是裂化段各反应床层入口温度的上下限。

基于裂化反应段的裂化反应稳态优化模型优化裂化反应段的反应器入口温度，从而优化裂化反应段中化学反应的温度条件，步骤S4中，根据校正后的裂化反应动力学模型构建裂化反应稳态优化模型，优化裂化反应段反应器的入口温度的具体步骤为：

S41、对加氢裂化过程裂化反应段的各反应器入口温度可行区间[T_min,T_max]进行等间隔划分，形成N组相互独立的入口温度子区间；

S42、在每个温度子区间内随机选取一组温度值作为各反应床层的入口温度设定值，代入裂化反应动力学模型中，求取裂化反应器出口的各产品组分含量；

S43、根据裂化反应动力学模型计算得到的裂化反应器出口各产品组分含量，结合当前市场上各产品组分的价格及原料的成本，由裂化反应段稳态优化模型计算各温度子区间内的不同入口温度所对应的目标函数值J₂；

S44、将对应最大目标函数值J₂的温度子区间再次等划分为M组相互独立的入口温度子区间，重复步骤S42-S43，直至目标函数值J₂达到最优。

获取目标函数值J₂最优时对应的入口温度值，根据该入口温度值优化加氢裂化过程裂化反应段各床层的入口温度，从而预测流程终端产物组分浓度分布。

根据产品市场价格的波动，及时调整所要得到的终端产品分布，使实际生产适应市场需求，有效提高生产效益。

本发明的一种用于优化加氢裂化过程运行条件的方法，根据预处理后的运行数据，应用集总理论对流程中的化学反应分类处理，并结合物料平衡和能量平衡构建动力学模型。进一步，对所构建的动力学模型采用状态转移算法进行参数校正，并基于校正后的反应动力学模型构建稳态优化模型，以对加氢裂化过程反应器各床层的入口温度进行在线优化，进而实现延长设备开工周期，提高企业经济效益的目的。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。