CN111077288B - 用于油品在线调合的馏程计算方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提出了用于油品在线调合的馏程计算方法，包括获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性差值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线；遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值；构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值；确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式。通过使用线性差值以及二分查找方法完成馏程计算，相对于现有技术能够降低了计算复杂度，提升运算效率。
Description
技术领域
本发明属于石油化工领域，尤其涉及用于油品在线调合的馏程计算方法。
背景技术
在油品的调合生产过程中，调合后油品的馏程是很重要的参数。例如汽油的标准关注10％蒸馏温度、50％蒸馏温度、90％蒸馏温度。
获得调合后油品的馏程可以分成两大类，仪器测量和算法估计(又称软测量)。目前，基于分子组成的机理建模计算。统计油品所有成分，形成包括纯物质以及混合物质的分子物性数据库，然后建立蒸馏模型，形成方程组。求解方程组即得到油品的馏程参数。该方法缺点在于需要的物性数据量相当大，计算模型复杂，计算缓慢。优点在于计算准确度较高。
现有的技术存在的缺点有检测时间太长，计算模型复杂，对于物性数据库依赖大，对于油品在线调合实际应用中存在诸多限制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了用于油品在线调合的馏程计算方法，使用线性差值以及二分查找方法完成馏程计算，相对于现有技术能够降低了计算复杂度，提升运算效率。
具体的，本实施例提出的用于油品在线调合的馏程计算方法，包括：
获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性差值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线；
遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值；
构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值；
确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式。
可选的，所述获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性差值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线，包括：
确定待调合油品中的组分类别，分别获取各组分在至少三个馏出体积比下的蒸发温度；
基于已得到的至少三个馏出体积比下的蒸发温度，采用线性插值法得到在0至100％全范围馏出体积比与温度值的对应数据；
基于对应数据绘制每类组分的温度值与馏出体积的对应曲线。
可选的，所述遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值，包括：
从已得到的针对每类组分的曲线数据中筛选得到对应所述组分的温度上限值以及温度下限值；
将全部组分的温度上限值以及温度下限值组建为温度上限集合以及温度下限集合。
可选的，所述构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值，包括：
预设参与调合过程中共有n种组分，各组分的调合比
的表达式为：
式中rn为第n种组分对应的调合比；
在筛选得到的温度上限值与温度下限值之间的温度D下计算各组分馏程曲线中由线性差值处理得到的预设馏出体积为
基于已知的调合比
的表达式得到调合油馏出体积vmix(D)表达式为
在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D。
可选的，所述在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D，包括：
步骤一、在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间选取温度Dhigh、Dlow，计算Dhigh、Dlow的差值；
步骤二、如果差值大于或等于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，获取平均值温度下的馏出体积vmix(Dmid)；
如果vmix(Dmid)小于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dlow再次进行步骤二的处理，
如果vmix(Dmid)大于或等于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dhigh再次进行步骤二的处理；
步骤三、如果差值小于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，将平均值Dmid作为符合要求的温度D。
可选的，所述确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式，包括：
将每种组分在特定馏出体积对应的温度上限值与温度下限值转换为对应温度的馏出体积约束关系表达式
Vmix(Dlk％)≤k％，
Vmix(Dhk％)≥k％，
式中，Dlk％为馏出体积为k％时对应的温度下限值，Dhk％为馏出体积为k％时对应的温度上限值，Vmix()表示调合油的在一定温度下的馏出体积；
将已知的温度下限值Dlk％、温度上限值Dhk％代入各组分温度值与馏出体积的对应曲线中得到各组分在温度下限和温度上限对应馏出体积
以及
结合各组分调合比
计算得到馏出体积约束表达式
将馏出体积约束表示转换为基于调合比的梯度表现形式，
式中，
表示调合油在一定温度下馏出体积对于调合比r的梯度，
表示调合油在温度下限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，
表示调合油在温度上限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，vn(Dlk％)表示第n类组分在温度下限时的馏出体积、vn(Dhk％)表示第n类组分在温度上限时的馏出体积，
表示所有组分在温度下限时的馏出体积，
表示所有组分在温度上限的馏出体积。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用对参与调合的组分的馏程线性插值的方法，不需要对参与调合的物质建立机理模型，利用数据的线性模型就能够快速计算估计调合后产品的馏程。在计算过程中利用参与调合的组分的几个基本数据，简便快捷地估算出生产出来的调合油的馏程，并将非线性的馏程约束转换成线性的馏出体积约束，简化运算量，提升了运算速度。
本发明为了克服以上现有技术中存在的不足之处，采用对参与调合的组分的馏程线性插值的方法，不需要对参与调合的物质建立机理模型，利用数据的线性模型就能够快速计算估计调合后产品的馏程。本发明计算的结果用于在线调合的优化反馈控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提出的用于油品在线调合的馏程计算方法的流程示意图；
图2为本申请单组份馏程插值曲线；
图3为本申请多组份馏程曲线；
图4为本申请实施例提出的二分搜索流程简图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
针对现有技术中获得调合后油品的馏程存在的检测时间太长、计算模型复杂的缺陷，本申请实施例提出了用于油品在线调合的馏程计算方法，如图1所示，包括：
11、获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性差值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线；
12、遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值；
13、构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值；
14、确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式。
在实施中，本申请实施例提出的馏程计算的主要思想为：线性插值计算组分的馏程曲线，遍历所有组分找到温度搜索的上下限；在温度上下限内二分搜索得到估计的调合油馏程温度点，将馏程的温度约束转换成线性的馏出体积约束。采用对参与调合的组分的馏程线性插值的方法，不需要对参与调合的物质建立机理模型，利用数据的线性模型就能够快速计算估计调合后产品的馏程。在计算过程中利用参与调合的组分的几个基本数据，简便快捷地估算出生产出来的调合油的馏程，并将非线性的馏程约束转换成线性的馏出体积约束，简化运算量，提升了运算速度。
为了计算简便起见，对参与计算的物质做如下假设。在物性接近的情况下，满足以下假设不会对结果造成显著性误差。
1)参与调合的组分在调合前后都是均相物系，物质是均一的，某种物质的参数可以用一个参数来完整描述。
2)忽略不同组分在调合后的分子间相互作用对于馏程的影响，认为单个组分在调合前后的沸点保持不变。
3)在馏程上下限的范围内，组分的温度与馏出体积是递增的关系。
步骤11提出了使用线性插值方法得到温度与馏出体积对应曲线的内容，具体包括：
111、确定待调合油品中的组分类别，分别获取各组分在至少三个馏出体积比下的蒸发温度；
112、基于已得到的至少三个馏出体积比下的蒸发温度，采用线性插值法得到在0至100％全范围馏出体积比与温度值的对应数据；
113、基于对应数据绘制每类组分的温度值与馏出体积的对应曲线。
在实施中，在计算之前需要准备的数据是各组分10％蒸发温度(D10)、50％蒸发温度(D50)、90％蒸发温度(D90)。数据的来源可以是实验室或者在线分析仪。
Dv表示蒸发体积正好是v时所对应的温度，v可以是10％\50％\90％等。如图2所示。用线性插值算法，将组分的馏程向外插值至0％～100％的馏出体积，如图3所示，具体来说，用D10和D50两点向下插值至D0。当温度小于D0，馏出体积均为0％。
用D50和D90两点向上插值至D100。当温度大于D100，馏出体积均为100％。
利用这些数据点形成的馏程曲线，可以得到在任意温度D下某一组分的馏出体积v，v＝v(D)。
可选的，步骤12提出的确定温度上限值以及温度下限值的步骤包括：
121、从已得到的针对每类组分的曲线数据中筛选得到对应所述组分的温度上限值以及温度下限值；
122、将全部组分的温度上限值以及温度下限值组建为温度上限集合以及温度下限集合。
在实施中，在油品的调合过程中，存在n种组分。对这多种组分的馏程全部做线性插值拓展，得到多个馏程曲线形成一组馏程的曲线。
vi＝vi(D)(i＝1,2,...n)
其中，所有组分D0的最小值作为搜索温度的下限Dlow，所有组分D100的最大值作为搜索温度的上限Dhigh。
Dlow＝min{D10,D20,...Dn0}，
Dhigh＝max{D1100,D2100,...Dn100}。
步骤13提出的使用二分法计算温度的步骤包括：
预设参与调合过程中共有n种组分，各组分的调合比
的表达式为：
式中rn为第n种组分对应的调合比；
在筛选得到的温度上限值与温度下限值之间的温度D下计算各组分馏程曲线中由线性差值处理得到的预设馏出体积为
基于已知的调合比
的表达式得到调合油馏出体积vmix(D)表达式为
在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D。
在实施中，在实际的油品调合中需要计算的馏程温度是指在某个组分的调合比下，一定的馏出体积所对应的温度。以v表示其中一个馏出体积。
对于有n种组分参与的调合过程，各组分的调合比为：
在搜索温度上下限内的某个温度D下，在各组分的馏程曲线中由线性插值计算出各组分的馏出体积为：
那么在R调和比与温度D的条件下得到调合油的馏出体积为：
在Dlow和Dhigh的范围内二分搜索计算温度D。
温度搜索的精度可以用0.1℃。温度的二分搜索流程简图如图4所示。
对于调合过程中需要馏出体积v为10％、50％、90％的对应馏程温度，逐个带入馏出体积v，进行计算得到调合油馏程Dv＝Dmid(v)的估计结果D10,D50,D90。
具体的，所述在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D，即二分搜索流程图中的步骤详细包括：
步骤一、在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间选取温度Dhigh、Dlow，计算Dhigh、Dlow的差值；
步骤二、如vmix(Dmid)果差值大于或等于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，获取平均值温度下的馏出体积；
如果vmix(Dmid)小于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dlow再次进行步骤二的处理，
如果vmix(Dmid)大于或等于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dhigh再次进行步骤二的处理；
步骤三、如果差值小于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，将平均值Dmid作为符合要求的温度D。
可选的，所述确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式，包括：
将每种组分在特定馏出体积对应的温度上限值与温度下限值转换为对应温度的馏出体积约束关系表达式
Vmix(Dlk％)≤k％，
Vmix(Dhk％)≥k％，
式中，Dlk％为馏出体积为k％时对应的温度下限值，Dhk％为馏出体积为k％时对应的温度上限值，Vmix()表示调合油的在一定温度下的馏出体积；
将已知的温度下限值Dlk％、温度上限值Dhk％代入各组分温度值与馏出体积的对应曲线中得到各组分在温度下限和温度上限对应馏出体积
以及
结合各组分调合比
计算得到馏出体积约束表达式
将馏出体积约束表示转换为基于调合比的梯度表现形式，
式中，
表示调合油在一定温度下馏出体积对于调合比r的梯度，
表示调合油在温度下限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，
表示调合油在温度上限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，vn(Dlk％)表示第n类组分在温度下限时的馏出体积、vn(Dhk％)表示第n类组分在温度上限时的馏出体积，
表示所有组分在温度下限时的馏出体积，
表示所有组分在温度上限的馏出体积。
参考车用汽油国家标准《GB 17930-2016》中馏程10％、50％、90％等蒸发温度的要求，馏程的约束是在某馏出体积的情况下(如10％)，蒸发温度的要求。梯度表达式是在某蒸发温度(如温度上限70℃或下限)的情况下，馏出体积相对于调合比的变化率。由于调合油是由组分油均匀混合的整体，其中各组分油的温度都一致，采用梯度的形式方便馏程的优化计算。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，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。
Claims (3)
1.用于油品在线调合的馏程计算方法，其特征在于，所述馏程计算方法，包括：
获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性插值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线；
遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值；
构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值；
确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式；
所述构建在不同调合比下对应预设温度D的调合油的馏出体积表达式，基于筛选出的温度上限值以及温度下限值确定定量馏出体积对应的温度值，包括：
预设参与调合过程中共有n种组分，各组分的调合比
的表达式为：
式中rn为第n种组分对应的调合比；
在筛选得到的温度上限值与温度下限值之间的温度D下计算温度值与馏出体积的对应曲线中由线性插值处理得到的预设馏出体积为
基于已知的调合比
的表达式得到调合油馏出体积vmix(D)表达式为
在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D；
所述在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间内使用二分法搜索符合要求的温度D，包括：
步骤一、在温度上限值与温度下限值构成的温度数值区间选取温度Dhigh、Dlow，计算Dhigh、Dlow的差值；
步骤二、如果差值大于或等于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，获取平均值温度下的馏出体积vmix(Dmid)；
如果vmix(Dmid)小于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dlow再次进行步骤二的处理，
如果vmix(Dmid)大于或等于预设馏出体积v，则使用Dmid代替Dhigh再次进行步骤二的处理；
步骤三、如果差值小于0.1℃，则计算Dhigh、Dlow的平均值Dmid，将平均值Dmid作为符合要求的温度D；
所述确定不同调合比分别在温度上限值以及温度下限值对应的馏出体积，结合多种调合比得到用于调合过程中的线性馏出体积约束表达式，包括：
将每种组分在特定馏出体积对应的温度上限值与温度下限值转换为对应温度的馏出体积约束关系表达式
式中，Dlk％为馏出体积为k％时对应的温度下限值，Dhk％为馏出体积为k％时对应的温度上限值，Vmix()表示调合油的在一定温度下的馏出体积；
将已知的温度下限值Dlk％、温度上限值Dhk％代入各组分温度值与馏出体积的对应曲线中得到各组分在温度下限和温度上限对应馏出体积
以及
结合各组分调合比
计算得到馏出体积约束表达式
将馏出体积约束表示转换为基于调合比的梯度表现形式，
式中，
表示调合油在一定温度下馏出体积对于调合比r的梯度，
表示调合油在温度下限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，
表示调合油在温度上限，馏出体积及对于第n类组分调合比的偏导，vn(Dlk％)表示第n类组分在温度下限时的馏出体积、vn(Dhk％)表示第n类组分在温度上限时的馏出体积，
表示所有组分在温度下限时的馏出体积，
表示所有组分在温度上限的馏出体积。
2.根据权利要求1所述的用于油品在线调合的馏程计算方法，其特征在于，所述获取油品中各组分蒸发体积v对应的温度值Dv，采用线性插值法对温度值Dv进行扩展，得到温度值与馏出体积的对应曲线，包括：
确定待调合油品中的组分类别，分别获取各组分在至少三个馏出体积比下的蒸发温度；
基于已得到的至少三个馏出体积比下的蒸发温度，采用线性插值法得到在0至100％全范围馏出体积比与温度值的对应数据；
基于对应数据绘制每类组分的温度值与馏出体积的对应曲线。
3.根据权利要求1所述的用于油品在线调合的馏程计算方法，其特征在于，所述遍历曲线数据，得到全部组分中的温度上限值以及温度下限值，包括：
从已得到的针对每类组分的曲线数据中筛选得到对应所述组分的温度上限值以及温度下限值；
将全部组分的温度上限值以及温度下限值组建为温度上限集合以及温度下限集合。
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