一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103678734 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103678734 A (21)申请号 201210325857.1 (22)申请日 2012.09.06 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 北京化工大学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路 15 号 (72)发明人 耿志强 夏立荣 崔芸菲 (54) 发明名称 一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模 型优化方法 (57) 摘要 本发明涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙 烯的分子反应动力学模型 -Kumar 分子反应动力 学模型的调整与参数优化方法， 属于乙烯裂解炉 流程

2、模拟与生产操作优化工程领域。针对不同石 脑油特性组成、 炉型结构和操作条件， 利用混沌优 化方法自适应调节反应动力学参数， 兼顾碳氢平 衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数 微调， 提高反应模型对不同石脑油的适应性和过 程模型的准确性， 同时提供了一个实现本发明的 软件系统。该方法能够根据不同石脑油特性自动 调整 Kumar 模型一次选择性系数和二次反应动力 学参数， 克服了原有模型对石脑油适应性差的缺 点， 可根据不同炉型结构和操作条件准确模拟石 脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 9 页 (19)中华人民共和国国家知识

3、产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图9页 (10)申请公布号 CN 103678734 A CN 103678734 A 1/2 页 2 1. 一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法， 其特征在于， 针对管式高 温蒸汽裂解石脑油 Kumar 分子反应动力学模型， 提出一种混沌优化方法自适应优化调节 Kumar 反应动力学参数， 兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调 的调整原则和解决方案， 针对不同石脑油特性组成自动调整 Kumar 分子反应动力学模型一 次选择性系数和二次反应动力学参数， 克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点， 在优化

4、调整模型的基础上， 根据不同炉型结构和操作条件， 准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和 产物分布， 同时提供了一个实现本发明的软件系统。 2. 根据权利要求 1 所述管式高温蒸汽裂解石脑油， 其特征在于， 所述用于裂解石脑油 的乙烯裂解炉为一种管式结构， 裂解原料为石脑油， 采用高温蒸汽裂解方式。 3. 根据权利要求 1 所述一种混沌优化方法， 其特征在于， 所述混沌优化方法采用 帐篷映射作为混沌序列来优化迭代步长， 调整 Kumar 反应动力学模型一次选择性系数 和二次反应动力学参数， 帐篷映射的结构如式 (1) 所示， 混沌序列迭代步长的优化式为 i 1， .9。 4. 根据权利要求 1 所述

5、一次选择性系数调整原则， 其特征在于， 所述一次反应选择 性系数的调整原则包括碳氢元素守恒， 是一次选择性系数调整过程中首先考虑的因素 ； 产物收率误差最小化， 即反应产物的模型理论值与实际值之间的误差最小 ； 系数合理 化， 经过调整的系数不过于偏离 Kumar 模型的初始值， 即 ai 0.58， 0.68， 0.88， 0.1， 0.6， 0.02， 0.035， 0.2， 0.07， 0.09 ； 将调整原则算式化， 得到系数调整算法的目标函数如式 (2) 与 (3) 所示， 式中， ai即一次反应选择性系数， nHi 是各产物的氢原子数，是各产物的实际收率， Pyi是各产物的模型计算

6、收率， REh与REyi分别代表了氢原子平衡与产品收率的相对误差， T1 与 T2即为相应的目标函数。 5. 根据权利要求 1 所述优化调整解决方案， 其特征在于， 所述一种混沌优化方法进行 Kumar 分子动力学模型的一次性选择性系统调整和二次反应动力学参数微调的优化调整策 略。 6. 根据权利要求 1 所述不同炉型结构， 其特征在于， 所述炉型结构包括 CBL 型、 GK-V 型、 SW 型以及 SRT-IV-HS/SRT-V 型裂解炉结构。 7. 根据权利要求 1 所述一个实现本发明的软件系统， 其特征在于， 基于一种混沌优化 方法自适应调节 Kumar 分子反应动力学模型参数的优化调整

7、原则与解决方案为核心程序 的石脑油高温蒸汽裂解建模软件系统。 8. 根据权利要求 5 所述一种混沌优化方法进行 Kumar 分子动力学模型的一次性选 择性系统调整， 其特征在于， 一次反应的选择性系数调整过程如下 ： 初始化， 首先将原始 权 利 要 求 书 CN 103678734 A 2 2/2 页 3 Kumar 分子反应模型的一次系数 ai作为算法初始值， 随机产生迭代步长 i的初始值 ； 误 差计算， 将系数代入裂解模型， 计算得到相对误差值 REh与 REyi； 参数优化， 将模型计算结 果 REyi代入式i 1， .9 中， 按迭代步长 的当前值进行系数更新， 如果氢平衡目标函数

8、 T1小于既定的阈值 1( 根据精度要求选为 0.0001)， 结束内层循环， 否则继续更新参数 ； 混沌映射， 将满足氢平衡的一次选择性系数再次代入裂解模型， 判断 目标函数 T2是否实现了最小化， 如果函数变化量即 T2 2( 一个合理的阈值 )， 外层循 环终止， 整个算法结束 ； 否则按i1， .9对迭代步长进行混沌 映射， 将映射后的数值作为下次循环初值， 返回步骤。 9. 根据权利要求 5 所述二次反应动力学参数微调策略， 其特征在于， 所述二次反应动 力学参数活化能与频率因子微调过程如下 ： 优化判断， 如果氢平衡的相对误差 REh的绝 对值超过了 1， 则加入动力学参数的二次混

9、沌优化， 若模型精度达到相对理想要求， 则不 再对动力学参数做调整 ； 新增变量， 在一次选择性系数混沌优化程序中， 被优化的变量 除了 10 个选择性系数外， 在其后增加两个针对动力学参数活化能与频率因子的调整公式 和二次反应动力学参数调整是基于氢 原子平衡误差 REh的迭代式， 并加入修正因子 0.05 以实现二次反应动力学参数的微调。 权 利 要 求 书 CN 103678734 A 3 1/10 页 4 一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法 技术领域 0001 本发明涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙烯的分子反应动力学模型 -Kumar 分 子反应动力学模型的调整与参数优化方

10、法， 针对不同石脑油特性组成自适应调节分子反应 动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数， 提高模型对不同石脑油高温裂解的适 应性和裂解过程模型的准确性。 背景技术 0002 乙烯作为基本的有机化工原料和工业生产中活跃的中间媒介， 享有 “石油化工之 母” 的荣誉称号。制取乙烯的方法有很多， 其中以蒸汽热裂解技术发展最充分， 使用也较广 泛。全世界有超过 95的乙烯和 60左右的丙烯都产自于蒸汽裂解过程， 蒸汽是用来降 低烃分压， 达到增加烯烃选择性、 减少炉管结焦、 保护炉管、 稳定裂解温度与脱除结炭的多 重目标。利用结构相对简单的管式炉实现蒸汽热裂解， 其技术成熟、 运行稳定性较好、

11、烯烃 收率也较高。裂解炉系统包括裂解炉、 急冷换热器、 汽包等， 反应所需热量由安装在裂解炉 辐射段侧管壁和底部的外部燃气嘴提供。全球范围内大型裂解炉主要有 ： ABB Lummus 公司 的 SRT 型裂解炉 ； 荷兰 KTI 公司的 GK 型裂解炉 ； S&W 公司的 USC 型裂解炉 ； Linde 公司的 Pyrocrack 型裂解炉 ； 中国石化自主研发的 CBL 型裂解炉 ； 以及中国石化和 ABB Lummus 公 司合作开发的 SL 型裂解炉等类型。在乙烯生产中， 原料占总成本的比例可达 60 -80左 右， 采用什么原料裂解制取乙烯， 不仅决定着装置的物耗、 能耗与产业成本的

12、高低， 也决定 着下游产品的成本、 种类、 产量与综合利用情况。 0003 石脑油是目前为止最重要的裂解原料， 在全世界乙烯生产原料中占有一半以上的 比例。 应用较多的分子反应动力学模型， 当属1985年Kumar和Kunzru经过石脑油裂解实验 提出的详细反应模型， 模拟结果与实验数据的误差较小， 且符合实际的乙烯生产情况。 该模 型能在较宽的裂解装置或操作条件下较准确地对乙烯裂解过程进行仿真， 还可模拟结焦过 程， 也可延伸实现煤油与柴油的裂解模拟。 不同原料， 化学结构(包括碳原子数)的不同， 会 导致裂解性能和产物收率的差异。裂解原料的特性通常使用族组成或芳烃关联指数， 馏程 或称沸程

13、， 相对密度 等重要参数来关联和衡量。 族组成PONA值， 包括链烷烃Paraffin、 烯烃 Olefin、 环烷烃 Naphthene 和芳香烃 Aromatics， 被认为是原料烃的四大类物质组成。 四类物质的裂解性能高低排列为 ： P N O A。其中， 正构链烷烃 n-P 有利于生成乙烯， 异构型 i-P 则易生成丙烯、 芳香烃和丁烯。Aromatics 很不易裂解， 易产生缩合反应， 含量 高时会造成装置结焦和积炭， 一般被认为是主要的结焦母体。 所以如果原料中A10， 则 不适合用作乙烯裂解原料。裂解性能良好的石脑油应具有这样的特性 ： 高石蜡基 ( 即 P 65 -70 )、

14、低芳香基 (A 10 )， 尽可能少的烯烃含量 (O 1 )， 较轻的馏分 ( 密度 0.7， 干点 180， 最高 200 )。 0004 Kumar 模型由一个一次反应方程式和二十一个二次反应方程式式组成， 其对外公 布的详细反应过程与动力学参数如表 1 所示。 0005 表 1 石脑油裂解的 Kumar 动力学模型 说 明 书 CN 103678734 A 4 2/10 页 5 0006 0007 aB ： 苯 ； T ： 甲苯 ； EB ： 乙苯 ； ST ： 苯乙烯 .b 二级反应 . 0008 分子反应动力学模型虽然不能精确地指示裂解反应机理， 但由于该模型结构简 单、 计算量小，

15、 易于理解、 掌握和应用， 且比经验模型准确性更高、 外推性更强、 改进容易， 所 以在工程实践与理论研究中均具有良好的应用现状与前景。 0009 Kumar 模型中二次反应的结构与参数可以不随原料而变动， 但一次反应的化学计 量系数 ( 即选择性系数 ) 和动力学参数均受到原料特性的影响， 尤其是前者。一般情况下， 烃分子断裂的活化能随碳原子数的增大而减小， 故石脑油中的轻烃越多， 反应活化能 E 就 越大。对于石脑油裂解建模， 一次反应的选择性系数 a1-a10需要根据组成不同的原料做出 相应的调整， 这也是模型应用中最大的难点之一。 0010 为了充分发挥 Kumar 模型在石脑油裂解建

16、模中的效用， 本发明对模型的一次反 应系数调整算法进行深入研究， 实现对不同石脑油进料均能寻找到较理想的一次选择性 系数， 同时加上对动力学参数微调的实验研究， 从而建立更准确的裂解过程模型， 以改进 Kumar 模型， 提高其适应性与有效性， 将混沌优化算法用于参数优化， 具备原理易理解、 操作 易实现、 效果较理想、 拓展性较好的优点， 参数优化后的动力学模型能够实现对石脑油高温 蒸汽裂解制取乙烯过程的准确建模。 0011 石脑油高温裂解制乙烯大体上都包含三大平衡方程 ： 质量平衡方程、 热量平衡方 程与动量平衡方程。结合分子反应动力学模型与工艺模型， 可得到图 1 所示的高温裂解制 乙烯

17、过程模型的计算流程图。 发明内容 说 明 书 CN 103678734 A 5 3/10 页 6 0012 本发明针对在乙烯工业中应用 Kumar 分子反应动力学模型对石脑油裂解制乙烯 过程建模时， 有效克服 Kumar 模型对原料适应性差的缺点， 根据不同石脑油特性， 提出一种 混沌优化调整分子反应动力学模型一次反应选择性系数和二次反应动力学参数的调整原 则与解决方案， 提高模型对不同石脑油原料的适应性和过程建模的准确性。 0013 本发明的技术方案如下 ： 0014 一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯的分子反应动力学模型优化方法， 其特征在于， 针对管式高温裂解石脑油 Kumar 分子反应动力学

18、模型， 根据不同石脑油性质， 提出一种基 于混沌优化方法调整分子反应一次选择性系数和二次反应动力学参数的调整原则和解决 方案。 0015 所述管式高温裂解石脑油是指裂解石脑油的乙烯裂解炉为管式结构， 裂解原料为 石脑油， 采用高温蒸汽裂解方式。 0016 所述 Kumar 分子反应动力学模型是指表 1 所示的包括 22 个化学反应方程， 其中第 一个为一次化学反应和余下的 21 个二次化学反应方程。 0017 所述不同石脑油性质是指石脑油的族组成PONA值、 馏程、 相对密度、 平均分子量。 0018 所述分子反应一次性系数是指 Kumar 分子反应动力学模型中一次化学反应中的 10 个选择性

19、系数。 0019 所述二次反应动力学参数是指 Kumar 分子反应动力学模型中的 21 个二次反应中 的活化能和频率因子。 0020 所述调整原则是指一次选择性系数的调整原则， 包括如下 ： 0021 (1) 碳氢元素守恒。Kumar 模型中一次反应方程式 (1) 左右两边的物质需满足质 量守恒的原则。 对石脑油裂解过程进行分子反应建模时， 通常简化假定石脑油为仅由碳、 氢 元素组成的单一烃类物质， 假定分子式为 CmHn， 作为反应物的单一烃， 与一次反应的十种生 成物 (H2、 CH4、 C2H4、 C2H6、 C3H6、 C3H8、 1-C4H8、 n-C4H10、 C4H6及 C4s)

20、 之间的碳、 氢原子个数应该 守恒， 得到如式 (2) 所示的平衡关系。这一守恒原则是选择性系数调整过程中需要首先考 虑的因素。 0022 CmHn a1H2+a2CH4+a3C2H4+a4C2H6+a5C3H6+a6C3H8+a7C4H10+a8C4H8+a9C4H6+a10C4 s (1) 0023 0024 式中， ai即一次反应选择性系数， NCi是各产物的碳原子数， NHi是各产物的氢原子 数。 0025 (2) 产物收率误差最小化。除了首要满足的反应方程式碳氢元素平衡的关系外， 兼顾模型准确度即反应产物的模型理论值与实际值之间的误差大小。对于反应的 17 种产 物 H2、 CH4、

21、 C2H2、 C2H4、 C2H6、 C3H6、 C3H8、 C4H6、 1-C4H8、 n-C4H10、 C4s、 C6H6、 C7H8、 C8H8、 C8H10、 C6+、 CnH2n-6， 要保证所有物质的实验值与实际值都吻合， 是具有相当难度的， 而 C4s 代表除丁烷、 丁烯和丁二烯外的其他 C4物质， 含量较少， 且难测得， 所以一般考虑一次反应的前 9 种产物 的收率误差。 0026 (3) 系数的合理化。一次反应方程式的选择性系数是经过大量实验和分析得到 的， 有其确定的物理 意义， 虽然系数受油品组成影响， 但同作为石脑油， 其结构组成不会相 差很大， 所以经过调整的系数不可

22、能过于偏离 Kumar 模型的初始值， 即 ai 0.58， 0.68， 说 明 书 CN 103678734 A 6 4/10 页 7 0.88， 0.1， 0.6， 0.02， 0.035， 0.2， 0.07， 0.09。进行系数调整工作时， 这组数据可以作为初 始与参考数值。在系数调整算法中， 常常将前两种原则量化， 得到两个目标函数， 鉴于 C4s 物质含量较少， 且难测得， 所以将其系数按式 (3) 进行处理， 0027 0028 一次反应式的元素平衡关系式只需考虑 (2) 式中的第二项氢原子平衡， 而碳 原子数的平衡， 在式 (3) 的关系下必然成立。将原则算式化， 得到系数调整

23、算法的目标函数 如式 (4) 与 (5) 所示， 0029 0030 0031 式中， 是各产物的实际收率， Pyi是各产物的模型计算收率 ； REh与 REyi分别代 表了氢原子平衡与产品收率的相对误差， T1与 T2即为相应的目标函数。 0032 所述混沌优化方法是指采用帐篷映射作为混沌序列来优化迭代步长， 调整一次选 择性系数。帐篷映射的原始结构如式 (6) 所示， 经过贝努利移位变换后， 得到如式 (7) 所示 的映射结构。将混沌序列用于迭代步长的优化如式 (8)。 0033 0034 0035 0036 所述优化调整解决方案是指利用混沌优化方法进行 Kumar 分子动力学模型的一 次

24、性选择性系统调整和二次反应动力学参数调整。调整过程具体如下 ： 0037 初始化。首先将原始 Kumar 分子反应模型的一次系数 ai作为算法初始值， 同时 用程序随机产生迭代步长 i的初始值， 注意避开其无效数据点。内、 外层初始迭代次数分 别设为 k 1， 1 1. 0038 误差计算。将系数代入裂解模型， 计算得到相对误差值 REh与 REyi。 0039 参数优化。将模型计算结果 REyi代入式 (9) 中， 按迭代步长 的当前值进行 系数更新。根据更新后的系数重新判断原子平衡， 如果氢平衡目标函数 T1小于既定的阈值 1( 根据精度要求选为 0.0001)， 结束内层循环， 否则按式

25、 (9) 继续更新参数。同时， 使得 k k+1。 0040 0041 混沌映射。将满足氢平衡的一次选择性系数再次代入裂解模型， 判断目标函数 T2是否实现了最小化。如果函数变化量即 T2 2( 一个合理的阈值 )， 外层循环终止， 整个算法结束 ； 否则按式 (8) 对迭代步长 进行混沌映射， 将映射后的数值作为下次循环 初值， 同时置 1 1+1， 返回步骤。 0042 算法设置两层循环， 是因为两个目标函数T1与T2彼此影响， 相互制约， 在应用混沌 说 明 书 CN 103678734 A 7 5/10 页 8 优化算法调整选择性系数时， 各自优化， 寻找到满足双重目标的折中解。 氢平

26、衡误差的变化 趋势如图 2 所示， 即此误差随着迭代次数的增加先减小后又增大， 因此内循环次数不能无 限大， 即使在内层时 T1 无法满足误差精度要求， 也需在合理的次数下终止内循环， 根据多 个试验的氢原子数目变化趋势图， 将最大内循环次数定为 3， 即 kmax 3. 外循环不限定次 数， 以目标函数最小化为循环终止条件。 0043 综上所述， 一种乙烯裂解分子反应动力学模型一次选择性系数的优化调整方案其 流程如图 3 所示。 0044 Kumar 反应动力学模型中的二次反应的相关参数是独立于油品特性的， 动力学参 数即反应活化能 E 与频率因子 A， 是与油品性质有关的， 只是这两个参数

27、受油品性质影响较 小， 一般只需要做微小的调节。 0045 二次反应动力学参数的优化调整如下进行 ： 0046 优化判断。如果选择性系数优化结果中， 氢平衡的相对误差 REh的绝对值超过 了 1， 则加入一个动力学参数的二次优化程序， 如果模型精度已经达到相对理想的要求， 则不再对动力学参数做调整。 0047 新增变量。在原先的混沌优化程序中， 被优化的变量除了 10 个选择性系数外， 在其后增加两个针对动力学参数 E 和 A 的调整公式， 如式 (10) 与 (11) 所示， 调整中所用的 迭代步长选为与系数调整相同的 ， 不同的是， 系数调整是基于相应产物的收率相对误差 REyi， 而动力

28、学参数调整则采用基于氢原子平衡误差 REh的迭代式， 并加入修正因子 0.05 以 实现参数的微调。优化程序中的其他部分则保持不变。 0048 0049 0050 本发明的技术效果如下 ： 0051 本发明针对 Kumar 分子反应动力学模型不能适应不同石脑油性质缺陷或不足， 提 供一种用于石脑油高温蒸汽裂解制乙烯的动力学模型优化调整方法， 提高模型对不同石脑 油裂解的适应性， 提高了模型的准确性， 使该模型具有更广泛的应用前景。 具体技术效果如 下 ： 0052 选择某石化厂实际装置的 12 组石脑油原料特性数据， 石脑油组成及其重要参数 如表 2a-b 所示。 0053 表 2a 实验用石

29、脑油性质 0054 说 明 书 CN 103678734 A 8 6/10 页 9 0055 表 2b 实验用石脑油性质 0056 0057 以 SL-I 型裂解炉为例来说明本发明的技术效果， 裂解炉的辐射段由反应管与管 外辐射室组成， SL-I 型裂解炉的炉管按 4 大组 8 小组结构排列而成， 每小组都是 2-1 型结 构如图 4， 双程分支变径管 ( 管径前程小后程大 )。表 3 是炉管与炉膛的结构参数。 0058 表 3SL-I 型裂解炉的结构参数 0059 0060 裂解产物的收率除了受石脑油原料性质的影响外， 还受裂解炉中操作变量的影 响， 如裂解温度、 烃分压与裂解气在辐射段炉管

30、内的停留时间。表 4 列出了本例所采用裂解 过程的操作变量。 0061 表 4 石脑油裂解过程的操作变量 0062 说 明 书 CN 103678734 A 9 7/10 页 10 0063 在此仅列出部分实验结果供验证与参考， 见表 5 至 7， 其中表 5 列出了对石脑油 1 经参数优化的 Kumar 模型与原始 Kumar 模型的建模结果对比， 图 5 与 6 则显示了两种建模 方法的操作变量趋势与主要烯烃收率分布的对比情况。 在No.1-9石脑油中， No.1， 6与9仅 通过初次优化一次反应选择性系数， 就可以实现优化目标 ； 其他油品则需经过二次优化， 即 同时调节选择性系数与动力

31、学参数， 才可实现产品收率误差与反应式氢原子平衡误差最小 化的双重目标。 0064 表 5 石脑油 1 混沌优化结果 0065 0066 表 6 石脑油 1 的混沌优化结果误差 0067 0068 表 7 乙烯裂解模型的混沌优化参数 0069 说 明 书 CN 103678734 A 10 8/10 页 11 0070 图表结果表明， 经过混沌优化的一次或两次运行， 收率误差及反应式氢原子平衡 误差均达到了最小化， 实现了分子反应模型一次系数调整的双重原则， 达成了两个目标函 数之间的良好折中。动力学参数只需根据不同油品系数优化的结果， 选择性地进行微小的 调整。同时表 5 的例子说明， 不经

32、过参数优化的原始 Kumar 模型， 用于新油品裂解建模时， 所得结果误差较大， 特别是收率的误差值， 验证了模型参数优化的必要性， 及混沌优化的有 效性。 0071 本发明技术效果说明了在利用 Kumar 分子反应动力学制取乙烯建模中， 所提出的 一种混沌优化算法优化调整反应模型参数比原来模型有更高的建模精度和对不同石脑油 原料性质的良好适应性， 可以帮助乙烯企业建立更加准确的乙烯裂解模型与设置更优的操 作条件。 0072 本技术发明可应用于不同的炉型， 炉型包括 CBL 型、 GK-V 型、 SW(USC U) 型以及 SRT-IV-HS/SRT-V 型。 附图说明 0073 图 1 高温

33、蒸汽裂解制乙烯工艺模型计算流程图 0074 图 2 反应式氢原子变化趋势图 0075 图 3 混沌优化算法调整方案流程图 0076 图 4SL-I 型裂解炉炉管结构示意图 0077 图 5 混沌优化前后操作变量趋势图 ( 石脑油 1) 0078 图 6 混沌优化前后收率分布图 ( 石脑油 1) 0079 图 7 乙烯裂解建模软件的输入界面 0080 图 8 不同炉型建模的裂解气压力分布 0081 图 9 不同炉型建模的乙烯收率分布 0082 图 10 不同炉型建模的丙烯收率分布 0083 图 11 不同炉型建模的丁二烯收率分布 0084 图 12 不同炉型建模的丁烯收率分布 具体实施方式 00

34、85 本发明针对 Kumar 分子反应动力学模型不能适应不同石脑油性质缺陷或不足， 提 供一种用于石脑油高温蒸汽裂解制乙烯的动力学模型混沌优化调整方法及解决方案， 提高 模型对不同石脑油裂解的适应性， 提高了模型的准确性， 使该模型具有更广泛的应用前景。 本发明方法利用软件系统来实现， 提供一个软件系统。 说 明 书 CN 103678734 A 11 9/10 页 12 0086 具体来说， 将乙烯裂解动力学优化建模源程序通过浏览器 / 服务器结构， 显示与 输入输出功能在网页界面中实现， 建模与数据传输经由服务器调用程序文件来实现。用户 可通过 Internet 访问与操作界面， 并直接在

35、界面上观察、 检验实验结果， 由此形成直观、 操 作简单、 参数可调的建模软件。在客户端， 用户只需通过浏览器端指定的网址访问界面， 通 过对界面的操作， 向服务器端发送输入数据与请求信息， 服务器接收用户传递的数据， 进行 相应分析， 启动裂解建模程序， 等待程序运行完成， 将运行结果返还给客户端显示， 供用户 分析与检验。 0087 在 “石脑油裂解制乙烯优化操作软件” 的输入界面中， 如图 7 所示。无论何种参 数优化算法， 均需输入石脑油的油品特性， 包括族组成 PONA 值， 油品比重 ( 在程序中转 换成相对密度 )， 由 ASTM 数据计算得到的中平均沸点 tma； 还需输入裂解

36、操作工况， 即 进料量， 汽烃比， 炉管入口温度 CIT， 炉管出口温度 COT， 炉管出口压力 COP ； 为了适应多种炉 型， 炉管参数也需在此输入 ； 此外， 对动力学模型进行优化还需输入进料油品的实际收率。 在各输出界面中， 除了显示油品特性、 炉子结构、 操作工况等输入参数外， 添加显示了乙烯 裂解动力学模型优化后的参数， 包含一次反应选择性系数， 反应活化能 E 及频率因子 A， 和 参数调整目标函数一次产物收率误差与氢原子平衡误差。此外， 列举显示了经优化建 模后， 三烯物质 ( 乙烯、 丙烯与丁二烯 ) 及氢气、 甲烷、 丁烯的收率值， 以及模型计算的反应 停留时间。建模过程中

37、的变量趋势曲线或者产物收率分布曲线， 可以直接链接在界面中显 示。 0088 以石脑油 No.1 为例， 固定分子反应动力学模型， 固定操作工况， 只变动炉管参数， 可得到不同炉型的建模实验结果如表 8 所示。 0089 表 8 不同裂解炉型的建模结果 0090 0091 不同类型的裂解炉， 可能会选择 4 组或者 6 组的进料方式， 相应地在辐射段有 4 大 组或 6 大组的两程炉管， 通常是 8 小组 2-1 或 1-1 型 (SW 型炉管 )， 也有 SRT-IV-HS/SRT-V 型的 2 小组 8-1 型炉管排列方式。由于采用的动力学模型是相同的， 包括一次反应选择性 系数是相同的，

38、 所以氢原子平衡误差也一样， 均为 0.0874。 0092 本发明所建立的乙烯裂解优化模型可应用不同炉型， 即对不同的炉子 ( 两程反应 管 )， 都可以利用该模型来对乙烯裂解过程进行模拟， 不同炉型的建模结果如图 8、 图 9、 图 说 明 书 CN 103678734 A 12 10/10 页 13 10、 图 11 和图 12 所示。 0093 应当指出， 以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明 创造， 但不以任何方式限制本发明创造。 因此， 尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创 造已进行了详细的说明， 但是， 本领域技术人员应当理解， 仍然可以对本发明创造进行

39、修改 或者等同替换， 总之， 一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进， 其均应涵 盖在本发明创造专利的保护范围当中。 说 明 书 CN 103678734 A 13 1/9 页 14 图 1 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 14 2/9 页 15 图 2 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 15 3/9 页 16 图 3 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 16 4/9 页 17 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 17 5/9 页 18 图 6 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 18 6/9 页 19 图 7 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 19 7/9 页 20 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 20 8/9 页 21 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 21 9/9 页 22 图 12 说 明 书 附 图 CN 103678734 A 22