一种乙烯装置急冷系统的优化方法

本发明涉及化学工程领域，具体涉及一种乙烯装置急冷系统的优化方法。

背景技术：

1、乙烯是石油化工行业的重要基础原料，其生产过程中的能源利用效率以及对环境的影响一直是行业关注的重点。在整个乙烯生产过程中，乙烯装置是生产的核心，而急冷系统又是乙烯装置的关键环节之一，连接着裂解和压缩系统，其作用是分离出裂解气中的轻、重组分，来减少进入到压缩分离工段的进料负荷，并回收热能，提高整个工厂的能效。传统的乙烯装置急冷系统多采用设计的标准操作参数运行，同时存在设计值与实际生产运行值差距较大的问题，这往往未能充分考虑裂解气的复杂性以及过程的动态性，导致热回收效率不高，能源利用不充分，产品质量降低，同时温室气体排放增加。

2、目前国内针对急冷系统存在的问题的解决方案主要集中在针对性的工艺调整，对现有设备的改进以及采用更高效的换热器，但这些方法并没有从整体系统的角度上对急冷过程进行全面优化，尤其考虑到处理复杂的裂解气组分以及对工艺参数进行优化时，缺少一种有效的方法来精确控制和优化急冷过程，以保证提高能量回收效率的同时减少对环境的影响。

3、现有的急冷系统优化方法往往只关注单一目标，如提高能量利用率，而忽视了其他重要因素，如对环境的影响以及长期运行的可持续性。因此，亟需一种能够综合考虑能量利用效率能耗、利润和环境影响的多目标优化方法，以实现乙烯装置急冷系统的综合优化。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种乙烯装置急冷系统的优化方法，参照乙烯装置急冷系统来建立模拟乙烯装置急冷系统流程的乙烯装置急冷模型以及相应的多个目标优化模型，并根据建立的目标优化函数来建立多目标优化函数以及相应的约束条件，然后结合c-moea/d算法来进行多目标优化，从而获取到最佳操作参数。

3、本发明的技术方案为：

4、本发明提供一种乙烯装置急冷系统的优化方法，包括以下步骤：

5、步骤s1：根据乙烯装置急冷系统以及相应的工艺设计参数建立乙烯装置急冷系统模型；

6、步骤s2：获取模拟计算的裂解气，并确定裂解气的真实组分以及组分分率；

7、步骤s3：基于计算得到的裂解气真实组分以及组分分率运行乙烯装置急冷系统模型进行流程模拟，获取操作参数；

8、步骤s4：针对操作参数进行多目标优化，获取最优操作参数；

9、步骤s5：根据获取到的最优操作参数优化乙烯装置急冷系统。

10、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述裂解气包含多种馏分，所述乙烯装置急冷系统的优化方法采用真实组分法对裂解气中的馏分进行简化代替，从而得到裂解气的真实组分；其中，所述乙烯装置急冷系统的优化方法采用真实组分法确定裂解气的真实组分时，根据裂解气中各主要馏分的沸点设置对应的切割组分宽度，然后根据各主要馏分的切割组分宽度将裂解气中的主要馏分切割为一系列窄馏分，最后为切割后的窄馏分选取相匹配的真实组分，从而得到由一系列真实组分构成的裂解气来进行后续的流程模拟。

11、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述乙烯装置急冷系统的优化方法在为各窄馏分选取相匹配的真实组分时，根据各窄馏分的碳数递增顺序依次为各窄馏分选取与其碳数、沸点以及结构族相匹配的真实组分来进行替代，以此确定进行后续流程模拟的裂解气的真实组分。

12、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述乙烯装置急冷系统的优化方法确定好裂解气的真实组分后，基于裂解气中的馏分摩尔分率来计算初始的裂解气组分分率，然后采用焓值校正法来对裂解气组分分率进行迭代校正，从而得到准确的裂解气组分分率；其中，所述乙烯装置急冷系统的优化方法在对裂解气的组分分率进行焓值校正时，基于实际测量值对裂解气组分分率进行迭代校正，从而得到近似于实际测量值的裂解气组分分率。

13、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述乙烯装置急冷系统的优化方法对裂解气组分分率进行焓值校正时，采用连续最小二乘算法来迭代校正裂解气的组分分率，从而得到近似于实际测量值的裂解气组分分率，包括以下步骤：

14、步骤c1：计算各真实组分的摩尔分率初始值，得到初始的裂解气组分；

15、步骤c2：定义约束条件和迭代中止条件；

16、步骤c3：构建二次近似模型的目标函数；

17、步骤c4：基于构建的二次近似模型目标函数以及对应的约束条件和迭代中止条件对裂解气焓值进行迭代校正，从而获取近似于实际测量值的裂解气组分分率。

18、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，步骤c1中，基于真实裂解气馏分摩尔分率来依次估算各真实组分的摩尔分率初始值，从而完成裂解气组分的初始化。

19、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，步骤c3中，基于实际测量值来构建二次近似模型的目标函数，然后通过二次近似模型目标函数来对裂解气焓值进行多次逼近，以此得到近似于实际测量值的裂解气焓值，进而得到最终的裂解气组分含量。

20、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述乙烯装置急冷系统的优化方法确定好裂解气的真实组分和组分分率后，基于乙烯装置急冷系统建立多个目标优化模型，通过建立的多个目标优化模型确定多个优化目标，然后基于确定的优化目标对获进行多目标优化，从而获取最优操作参数；其中，所述目标优化模型包括能量利用效率模型、利润模型和温室气体排放模型。

21、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，所述乙烯装置急冷系统的优化方法采用c-moea/d算法进行多目标优化，包括以下步骤：

22、步骤d1：初始化种群，并设置各优化目标的权重向量；

23、步骤d2：将多目标优化问题分解为多个子问题，并分配权重向量；

24、步骤d3：评价种群个体适应度，并对种群个体进行分配，得到各子问题的初始解集；

25、步骤d4：对种群个体进行交叉和变异，生成新的种群个体；

26、步骤d5：基于各子问题对应的权重向量对现有的种群个体以及新的种群个体进行评估，并更新各子问题的解集。

27、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，步骤d1中，根据构建的能量利用效率模型、利润模型和温室气体排放模型来定义目标函数，然后基于定义的目标函数设定利润最大化、能量利用效率能耗和温室气体排放最小化作为优化目标，并设置对应的权重向量。

28、根据本发明的乙烯装置急冷系统的优化方法的一实施例，步骤d5中，采用pbi方法分别计算各种群个体的现有解和候选解与对应的权重向量之间的距离，然后根据计算得到的距离来评估现有解和候选解的性能，从而判断是否更新对应的种群个体；其中，

29、若现有解与权重向量之间的距离大于候选解与权重向量之间的距离，则不更新对应的种群个体；

30、若现有解与权重向量之间的距离大于候选解与权重向量之间的距离，则将对应的种群个体更新为候选解。

31、本发明还提供一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如上所述的方法。

32、本发明还提供一种乙烯装置急冷系统的优化装置，包括：

33、存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及

34、处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。

35、本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明针对种乙烯装置急冷系统的优化，参照乙烯装置急冷系统来建立模拟乙烯装置急冷系统流程的乙烯装置急冷模型，通过建立的乙烯装置急冷模型来进行流程模拟，从而获取操作参数进行优化。在进行操作参数优化时，综合考虑能量利用效率能耗、经济效益和环境影响，建立对应的能量利用效率模型、利润模型和温室气体排放模型来确定优化目标，并基于确定的优化目标来对操作参数进行多目标优化，从而获取到最佳操作参数。与现有技术相比，本发明不仅关注单一的性能指标，在综合考虑能量利用效率、经济收益和环境保护的情况下来提高生产效率，降低运营成本，减少环境污染和资源浪费，有利于企业在提高经济效益的同时减少对环境的负面影响，实现可持续发展。