论文摘要
乙烯是最重要的单体之一,是整个石油化工业的基础。在乙烯生产中裂解炉的操作水平和技术水平直接影响着乙烯厂的经济效益。近年来丙烯的产量已经成为乙烯装置除乙烯产量外所需达到的第二个目标。因此对乙烯裂解炉进行准确的模拟,并实施以乙烯和丙烯产量为目标的操作优化具有十分重要的意义。目前石脑油裂解过程的一次反应选择性系数z缺乏有效的估计方法,阻碍了模拟优化方法在乙烯生产中的应用。本文首先提出了一种考虑二次反应影响的z的推算方法。该方法可以根据实测的裂解产物分布计算出裂解原料油的z,建立具有若干样本的标准数据库。而后提出了一种模糊匹配法来预测新原料油的z。实例证明此模糊匹配法可以较准确地估计石脑油的一次反应选择性系数。本文建立了全周期生产操作优化模型,并采用了文中提出的改进的模拟退火法、遗传算法和逐次二次规划法（SQP）分别进行了优化计算。对三种方法的效率对比表明,逐次二次规划法的效率最高,在计算速度上具有明显的优势。证明了对于复杂的工业过程,基于梯度的二次规划法仍然是更有效的方法。本文首次提出了一种并行的混合多目标遗传算法。该算法结合了多目标进化算法和线性加权法的优点,有效地提高了多目标算法的效率,并使得非劣解集的广泛性得到了明显的改善。这种多目标优化方法对解决复杂的非线性约束问题效率较高,所以可以推广到其他领域的多目标优化问题。根据实际的生产需求,建立了乙烯裂解炉的乙、丙烯多目标优化模型,并用新的混合算法和NSGA-II法分别解得了非劣解集（Pareto解集）。算法效率的比较再次证明了新的混合算法具有较高的效率并且明显地改善了解集的广泛性。所得到的非劣解集为乙烯厂提供了可供选择的多种优化操作方案。基于以上研究所开发的乙烯裂解炉模拟优化系统（EPSOS）,已在中国石油兰州石化投入应用。长期的工业试验表明,此软件不仅可以较准确地预测原料油的产物分布,并且可以对全周期操作进行优化计算,得到同时考虑提高乙烯和丙烯产率的优化操作方案。本研究参与的项目已通过了中国石油组织的验收,验收充分肯定了EPSOS对提高乙烯裂解炉的操作水平及经济效益的重要作用。
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摘要ABSTRACT第1章 引言1.1 研究背景1.2 裂解原料1.2.1 裂解原料评价指标1.2.2 石脑油1.3 蒸汽裂解炉1.4 乙烯裂解炉模拟研究进展1.4.1 裂解反应动力学模型1.4.2 裂解炉的模拟1.5 乙烯蒸汽裂解炉操作优化研究进展1.6 目前存在的问题1.7 本文的内容安排第2章 乙烯裂解炉的模拟2.1 分子反应动力学模型2.2 结焦动力学模型2.3 各类平衡方程2.3.1 质量平衡方程2.3.2 动量平衡方程2.3.3 辐射室烟气分布模型2.3.4 能量平衡方程2.4 裂解炉模拟加速算法2.5 石脑油原料在SW 炉裂解的模拟结果2.5.1 清洁管模拟2.5.2 带结焦模型的全周期模型2.6 本章小结第3章 一次反应选择性系数的估计3.1 基于标准数据库的一次反应选择性系数的估计方法3.2 一次反应选择性系数的回归方法3.2.1 传统优化方法3.2.2 简单对应式算法3.2.3 考虑二次反应的回归算法3.3 模糊匹配法估计一次反应选择性系数3.4 小结第4章 乙烯裂解炉全周期操作优化方法4.1 裂解炉的全周期操作优化模型4.1.1 目标函数4.1.2 操作变量4.1.3 约束方程4.2 全周期操作优化算法4.2.1 模拟退火法4.2.2 遗传算法4.2.3 逐次二次规划法4.2.4 三种方法的效率比较4.3 全周期操作优化结果讨论4.4 小结第5章 并行的混合多目标优化算法5.1 多目标优化的基本概念5.1.1 多目标优化问题5.1.2 优劣性5.2 多目标优化算法回顾5.2.1 线性加权法5.2.2 其他传统多目标优化方法5.2.3 多目标进化算法5.2.4 精英保留的非劣排序遗传算法（NSGA-II）5.2.5 混合算法5.3 并行的混合多目标优化算法5.3.1 混合算法的并行结构5.3.2 SQP 模块算法5.3.3 NSGA-II 模块算法5.3.4 算例研究5.4 乙烯裂解炉的多目标优化5.4.1 优化模型5.4.2 优化结果及讨论5.5 小结第6章 乙烯裂解炉模拟优化系统EPSOS 及工业应用6.1 EPSOS 系统6.1.1 炉型结构组态模块6.1.2 原料分析模块6.1.3 一次反应选择性系数的反推计算模块6.1.4 裂解炉的模拟模块6.1.5 全周期操作优化模块6.1.6 结果的图形输出模块6.2 EPSOS 系统的工业应用6.3 小结结论参考文献致谢个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
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