[發(fā)明專(zhuān)利]精餾塔優(yōu)化控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010232551.2
• 申請(qǐng)日: 2010-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102339040A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃德先;呂文祥;朱鷹;高小永;江永亨;王書(shū)寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418;B01D3/42
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精餾塔生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種精餾塔優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

在石油煉制的化工過(guò)程中，幾乎每個(gè)裝置都涉及到了液-液分離過(guò)程，其中精餾塔是實(shí)現(xiàn)互溶物液-液分離的主要過(guò)程單元。

由于精餾塔應(yīng)用的廣泛性，對(duì)精餾塔的控制與優(yōu)化就具有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)精餾塔的控制與優(yōu)化，使其能夠操作平穩(wěn)，提高產(chǎn)品合格率，減少高價(jià)值組分在低價(jià)值產(chǎn)品中的流失，同時(shí)節(jié)能降耗，減少再沸器的熱負(fù)荷。因此，對(duì)精餾塔的控制與優(yōu)化就具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明所涉及的精餾塔是狹義上的精餾塔，其將組成相對(duì)簡(jiǎn)單的原料中的各個(gè)主要組分分離，分離的精細(xì)程度視生產(chǎn)需要決定。每個(gè)精餾塔只有塔頂、塔底兩個(gè)產(chǎn)品，每個(gè)組分只能主要存在于塔頂或者塔底產(chǎn)品中，如氣分裝置丙烯精餾塔、苯乙烯裝置苯乙烯精餾塔等等，產(chǎn)品質(zhì)量的主要衡量指標(biāo)為雜質(zhì)的含量。

最初的精餾塔控制方案主要對(duì)塔頂、塔底的溫度進(jìn)行控制，不直接進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制。后來(lái)的精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量控制方案大多采用了基于產(chǎn)品質(zhì)量軟測(cè)量的方式，主要包括統(tǒng)計(jì)建模和經(jīng)驗(yàn)公式兩種方法，如乙烯裝置中乙烯精餾塔的智能控制方法，高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法等。通過(guò)建立精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量軟測(cè)量模型，利用精餾塔的溫度、壓力和流量等過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算產(chǎn)品質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)控制與優(yōu)化。這種軟測(cè)量建模實(shí)現(xiàn)精餾塔切割點(diǎn)計(jì)算是可行的，但由于數(shù)據(jù)截?cái)嗾`差的原因難以達(dá)到精餾塔的要求。同時(shí)，由于精餾產(chǎn)品的高純度需求，一般塔板數(shù)都比較多，且為了提高塔板的分離效率，其回流罐和塔板積蓄量與處理量之比相對(duì)較大。這就造成了精餾塔的動(dòng)態(tài)特性具有大延遲、大時(shí)間常數(shù)的特點(diǎn)。當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生變化并達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，超出了預(yù)測(cè)控制的接受程度。這也不利于基于產(chǎn)品質(zhì)量軟測(cè)量的控制方案。

現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)實(shí)際精餾塔的操作過(guò)程分析和基于流程模擬軟件的仿真研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)精餾塔的操作條件發(fā)生變化，產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生變化并達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間變得相當(dāng)長(zhǎng)，但塔頂輕產(chǎn)品和塔底重產(chǎn)品抽出比率(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為輕重產(chǎn)品比)會(huì)產(chǎn)生較快的明顯變化，并經(jīng)常發(fā)生振蕩，這是引起塔操作不穩(wěn)的主要原因。因而提出將輕重產(chǎn)品比作為主要被控變量，通過(guò)預(yù)測(cè)控制方法調(diào)節(jié)回流量和再沸負(fù)荷，控制輕重產(chǎn)品比、溫度達(dá)到平穩(wěn)操作，并利用原料及產(chǎn)品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型和遺傳算法進(jìn)行操作優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品的卡邊優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，增加高價(jià)值產(chǎn)品的收率，并實(shí)現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。

上述方法在化驗(yàn)數(shù)據(jù)周期長(zhǎng)、滯后大的情況下，在獲得化驗(yàn)數(shù)據(jù)的間隔內(nèi)，能夠通過(guò)對(duì)輕重產(chǎn)品比的預(yù)測(cè)控制克服進(jìn)料流量、進(jìn)料溫度、回流溫度等常規(guī)干擾，維持精餾塔的平穩(wěn)，并在獲得化驗(yàn)數(shù)據(jù)后實(shí)現(xiàn)裝置優(yōu)化目標(biāo)。然而，在實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)周期短或者使用在線(xiàn)分析儀的情況下，由于需要等待產(chǎn)品質(zhì)量基本穩(wěn)定才能進(jìn)行優(yōu)化求解，會(huì)有大量分析數(shù)據(jù)信息無(wú)法利用，不能充分挖掘優(yōu)化控制的潛力。在兩次操作優(yōu)化運(yùn)行之間，一方面，當(dāng)進(jìn)料組成發(fā)生變化后，即使已經(jīng)采集到進(jìn)料組成數(shù)據(jù)信息，預(yù)測(cè)控制仍按原有的輕重產(chǎn)品比控制目標(biāo)操作，過(guò)程操作不再處于最優(yōu)工作點(diǎn)；另一方面，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量改變甚至超限導(dǎo)致產(chǎn)品不合格時(shí)，即使已經(jīng)采集到產(chǎn)品質(zhì)量超限信息，預(yù)測(cè)控制也不會(huì)做出任何調(diào)整。對(duì)于目前處理量越來(lái)越大的精餾過(guò)程，其過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，上述問(wèn)題也越來(lái)越突出。

分片線(xiàn)性近似方法是將非線(xiàn)性函數(shù)在定義域內(nèi)劃分為若干片，每一個(gè)分片內(nèi)函數(shù)均進(jìn)行線(xiàn)性近似，全局形成一系列線(xiàn)性函數(shù)疊加的方法。隨著線(xiàn)性分片數(shù)的增加，每片內(nèi)的線(xiàn)性近似誤差之和會(huì)相應(yīng)減小。分片線(xiàn)性近似方法在保證計(jì)算精度、減小計(jì)算負(fù)荷方面有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。一方面，理論上已經(jīng)證明，在線(xiàn)性分片數(shù)足夠的情況下，分片線(xiàn)性近似能夠以任意精度逼近非線(xiàn)性連續(xù)函數(shù)；另一方面，采用分片線(xiàn)性?xún)?yōu)化模型后，可以將優(yōu)化問(wèn)題求解轉(zhuǎn)化為一系列子域線(xiàn)性規(guī)劃逐步求解，其求解難度與計(jì)算量顯著低于非線(xiàn)性?xún)?yōu)化求解。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題首先是在化驗(yàn)周期短或者使用在線(xiàn)分析儀的情況下，如何充分利用分析數(shù)據(jù)信息，充分挖掘優(yōu)化控制的潛力，其次是當(dāng)進(jìn)料組成發(fā)生變化后，如何保證預(yù)測(cè)控制的過(guò)程操作一直處于最優(yōu)工作點(diǎn)，并能夠根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量超限信息及時(shí)作出調(diào)整。

(二)技術(shù)方案

為此，本發(fā)明提供了一種精餾塔優(yōu)化控制方法，包括：

步驟A1：分別讀取分片線(xiàn)性?xún)?yōu)化模型、產(chǎn)品質(zhì)量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型和階躍響應(yīng)控制模型，所述分片線(xiàn)性?xún)?yōu)化模型為：