CN113241127B - 相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：确定重油的假组分；关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。本申请实施例将平衡闪蒸模型和立方型状态方程结合，并采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型中的参数初值，提供了超临界条件下可用的重油‑轻烃体系的相平衡模型。
Description
技术领域
本申请涉及化学工程技术，尤其涉及相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
溶剂脱沥青工艺是重油轻质化的重要途经，一般以轻质烷烃(例如：丙烷、丁烷或戊烷)作为溶剂，利用相似相溶原理，在亚临界条件下进行液-液萃取，然后结合超临界条件下的溶剂回收过程，得到脱沥青油(DAO)和脱油沥青(DOA)。
超临界条件下重油的溶剂脱沥青工艺，一般应用于重油-轻烃这种由大分子和小分子所组成的高度非对称体系。由于重油中含有大量结构复杂、分子量分布范围宽的非明确组分，加上体系的高度非对称特点，导致没有可供使用的超临界条件下重油-轻烃体系的相平衡模型。
发明内容
本申请提供一种相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质，用以提供超临界条件下可用的重油-轻烃体系的相平衡模型。
一方面，本申请实施例提供一种相平衡模型构建方法，相平衡模型应用于重油的溶剂脱沥青，相平衡模型构建方法包括：确定重油的假组分；关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。
一种可能的实施方式中，上述确定重油的假组分，可以包括：采用冲洗色谱得到重油的组分；根据各个组分的含量及性质，确定重油的假组分。
一种可能的实施方式中，假组分的基本物性包括分子量和氢碳比，假组分的特征化参数包括假组分的临界参数和偏心因子，上述关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数，可以包括：根据假组分的分子量和氢碳比，确定假组分的密度；根据假组分的密度和分子量，确定假组分的平均沸点；根据假组分的密度和平均沸点，确定临界参数；根据假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定偏心因子。
一种可能的实施方式中，上述采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据，可以包括：联立相平衡方程和物料平衡方程，建立平衡闪蒸模型，相平衡方程用于表示预设温度和预设压力下的重油物料中气相成分和液相成分之间的关系，物料平衡方程用于表示重油物料中各种成分的关系；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值；对平衡闪蒸模型进行迭代计算，得到汽化分率、气相成分和液相成分，中间成分数据包括汽化分率、气相成分和液相成分。
一种可能的实施方式中，迭代计算的参数初值为相平衡常数的初值，上述对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据，可以包括：如果气液两相的逸度差值小于阈值，则将中间成分数据作为最终成分数据；或者，如果气液两相的逸度差值大于或等于阈值，则更新相平衡常数并重新计算中间成分数据和气液两相的逸度，直到气液两相的逸度差值小于阈值，输出最终成分数据。
一种可能的实施方式中，上述采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，可以包括：采用全局优化算法搜索吉布斯自由能变的函数的最小值，如果函数收敛时函数的值小于零，找到吉布斯自由能变减小的状态，函数用于表示假组分相变前后的吉布斯自由能变；在上述状态下获得相平衡常数的初值。
一种可能的实施方式中，在对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较之前，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度。确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，可以包括：根据相平衡实验数据回归，确定二元交互作用参数；根据特征化参数、立方型状态方程以及混合规则，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，混合规则中包含二元交互作用参数。
一种可能的实施方式中，上述根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数，包括：将溶剂与假组分之间的二元交互作用参数和假组分的分子量与芳碳率关联为指数关系；采用相平衡实验数据对指数关系中的参数进行优化。
一种可能的实施方式中，确定二元交互作用参数时，保留溶剂与重油中假组分之间的二元交互作用参数，重油中假组分之间的二元交互作用参数设置为零。
另一方面，本申请提供一种相平衡模型构建装置，相平衡模型应用于重油的溶剂脱沥青，相平衡模型构建装置包括：
假组分确定模块，用于确定重油的假组分；
参数确定模块，用于关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；
计算模块，用于采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；
输出模块，用于对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；
构建模块，用于根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。
一种可能的实施方式中，假组分确定模块用于：采用冲洗色谱得到重油的组分；根据各个组分的含量及性质，确定重油的假组分。
一种可能的实施方式中，假组分的基本物性包括分子量和氢碳比，假组分的特征化参数包括假组分的临界参数和偏心因子，参数确定模块用于：关联假组分的分子量和氢碳比，确定假组分的密度；关联假组分的密度和分子量，确定假组分的平均沸点；根据假组分的密度和平均沸点，确定临界参数；根据假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定偏心因子。
一种可能的实施方式中，计算模块用于：联立相平衡方程和物料平衡方程，建立平衡闪蒸模型，相平衡方程用于表示预设温度和预设压力下的重油物料中气相成分和液相成分之间的关系，物料平衡方程用于表示重油物料中各种成分的关系；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值；对平衡闪蒸模型进行迭代计算，得到汽化分率、气相成分和液相成分，中间成分数据包括汽化分率、气相成分和液相成分。
一种可能的实施方式中，迭代计算的参数初值为相平衡常数的初值，输出模块用于：如果气液两相的逸度差值小于阈值，则将中间成分数据作为最终成分数据；或者，如果气液两相的逸度差值大于或等于阈值，则更新相平衡常数并重新计算中间成分数据和气液两相的逸度，直到气液两相的逸度差值小于阈值，输出最终成分数据。
一种可能的实施方式中，计算模块在采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值时，具体用于：采用全局优化算法搜索吉布斯自由能变的函数的最小值，如果函数收敛时函数的值小于零，找到吉布斯自由能变减小的状态，函数用于表示假组分相变前后的吉布斯自由能变；在上述状态下获得相平衡常数的初值。
一种可能的实施方式中，输出模块在对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较之前，还确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度。该情况下，输出模块在确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，具体可以用于：根据相平衡实验数据回归，确定二元交互作用参数；根据特征化参数、立方型状态方程以及混合规则，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，混合规则中包含二元交互作用参数。
一种可能的实施方式中，输出模块在根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数时，具体用于：将溶剂与假组分之间的二元交互作用参数和假组分的分子量与芳碳率关联为指数关系；采用相平衡实验数据对指数关系中的参数进行优化。
一种可能的实施方式中，输出模块在确定二元交互作用参数时，保留溶剂与重油中假组分之间的二元交互作用参数，重油中假组分之间的二元交互作用参数设置为零。
又一方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器及存储在存储器上的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上所述的方法。
又一方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在电子设备上运行时，使得电子设备执行如上所述的方法。
又一方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在电子设备上运行时，使得电子设备执行如上所述的方法。
本申请提供的相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质，确定重油的假组分；关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。本申请实施例将平衡闪蒸模型和立方型状态方程结合，并采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型中的参数初值，为相平衡模型构建提供了稳定的初值，提供了超临界条件下可用的重油-轻烃体系的相平衡模型。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请提供的相平衡模型构建方法的应用场景示意图；
图2为本申请一实施例提供的相平衡模型构建方法的流程示意图；
图3为本申请一实施例中假组分密度的计算值和实验值对比示意图；
图4为本申请一实施例中最终成分数据的计算流程示意图；
图5A至5F为本申请一实施例中相平衡模型的计算值和实验值对比示意图；
图6A至6C为本申请一实施例中DAO收率随温度、压力和溶剂比变化关系图；
图7为本申请一实施例提供的相平衡模型构建装置的结构示意图；
图8为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
首先对本申请所涉及的名词进行解释：
重油：也称渣油，是指原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、黏度高。
假组分：也称虚拟组分，是对混合物进行组分划分时多种特定组分组成的自定义组分。
逸度：是指化学热力学中表示实际流体的有效压强。
相平衡：是指多相系统中各相变化达到极限状态。
现有技术中，鉴于重油自身的特性，以及重油-轻烃复杂体系的非对称特点，导致超临界条件下没有可用的重油-轻烃体系的相平衡模型。
针对现有技术存在的问题，本申请提出了一种相平衡模型构建方法、装置、设备及存储介质，通过将平衡闪蒸模型和立方型状态方程结合，并采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型中的参数初值，为相平衡模型构建提供了稳定的初值，提供了超临界条件下可用的重油-轻烃体系的相平衡模型。
示例性地，图1为本申请提供的相平衡模型构建方法的应用场景示意图，如图1所示，该应用场景可以包括：输入设备11和处理设备12。其中，输入设备11与处理设备12通信。
示例地，是在实际应用中，当用户通过输入设备11在处理设备12进行相平衡模型构建时，用户通过某些操作(例如通过点击界面上显示的“选择”、“打开”、“输入”等字样的虚拟按键)触发输入设备11向处理设备12发送相平衡模型构建请求，该相平衡模型构建请求中携带所需的数据，例如重油中的假组分等；相应的，处理设备12接收相平衡模型构建请求，并根据其中携带的数据，从其内部或外部数据源获取假组分的基本物性，例如氢碳比、芳碳率和分子量等；然后处理设备12基于假组分的基本物性确定假组分的特征化参数，例如临界参数和偏心因子等；接着，处理设备12从其内部或外部数据源获取二元交互作用参数等数据，结合假组分的特征化参数对平衡闪蒸模型进行迭代计算，平衡闪蒸后的溶剂脱沥青产物为脱沥青油和脱油沥青；最终，处理设备12获得溶剂脱沥青产物的最终成分数据，例如汽化分率、气相成分、液相成分等，以及性质数据，例如收率等，根据这些数据，处理设备12可以建立相平衡模型。
需要说明的是，附图1仅是本申请实施例提供的一种应用场景的示意图，本申请实施例不对图1中包括的设备进行限定，也不对图1中设备之间的位置关系进行限定，例如，在图1所示的应用场景中，还可以包括存储设备13，该存储设备13相对处理设备12可以是外部存储器，也可以是集成在处理设备12中的内部存储器。另外，存储设备13可以是独立的存储设备，或者，也可以是存储设备集群等。
下面，通过具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
图2为本申请一实施例提供的相平衡模型构建方法的流程示意图。本申请实施例提供一种相平衡模型构建方法，应用于相平衡模型构建装置，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现。
如图2所示，该相平衡模型构建方法包括如下步骤：
S201、确定重油的假组分。
示例性地，构建相平衡模型输入的原料为大港减压渣油(VR)和催化裂化澄清油(DO)以不同混合比混合形成的重油，该重油的四组分含量及基本物性数据如表1和表2所示。
表1大港减压渣油的四组分及基本物性
表2催化裂化澄清油的四组分及基本物性
上述两种油混合形成的重油的假组分可以分别划分为VR-1、VR-2、VR-3、VR-4、DO-1、DO-2、DO-3、DO-4。
S202、关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数。
仍以S201中提及的两种重油为例，确定的假组分VR-1、VR-2、VR-3、VR-4、DO-1、DO-2、DO-3、DO-4的特征化参数如表3所示。
表3假组分的特征化参数
S203、采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据。
示例性地，本申请使用Matlab平台构建平衡闪蒸模型，对平衡闪蒸模型采用Newton-Raphson法进行迭代计算，获得溶剂脱沥青产物的中间成分数据。
稳定性分析方法是在超临界条件下重油-轻烃复杂体系处在稳定状态时，求解体系中某些参数的方法。当超临界条件下重油-轻烃这个复杂体系处在稳定状态时，求得的参数初值具有较高的稳定性。
平衡闪蒸是指气相成分和液相成分离开分离器后处于气液相平衡状态的闪蒸方式。在超临界条件下的重油轻烃复杂体系中，需要首先确定迭代计算的参数初值，然后使用参数初值对平衡闪蒸模型进行迭代计算，进而得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据。
S204、对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据。
示例性地，溶剂脱沥青产物的最终成分数据可以包括汽化分率、气相成分和液相成分等。
对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较时，首先确定气相成分的逸度和液相成分的逸度，然后计算气相成分逸度与液相成分的差值，将该差值与预设的阈值进行比较，得到差值大于或等于阈值的比较结果或者差值小于阈值的比较结果，根据实际得到的比较结果即可确定是进行其他操作还是直接将中间成分数据作为最终成分数据输出。
S205，根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。
示例性地，溶剂脱沥青产物的性质数据可以包括DAO收率、DAO溶解度、轻相密度和脱沥青油四组分含量等。
按照S201至S205的流程得到最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据后，将最终成分数据和性质数据组合起来，就建立了所需要的相平衡模型。在后续应用中，可以将实际待分析的重油的相关数据输入到上述建立的相平衡模型中相应的位置处，即可以得到与实际待分析的重油对应的最终成分数据和性质数据，完成了对实际重油的分析预测。
本申请实施例提供的相平衡模型构建方法，确定重油的假组分；关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。本申请实施例将平衡闪蒸模型和立方型状态方程结合，并采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型中的参数初值，提供了超临界条件下可用的重油-轻烃体系的相平衡模型。
在上述实施例的基础上，在溶剂脱沥青工艺过程中，亚临界和超临界条件下的溶剂萃取作用往往比蒸馏的效应大，因此不能常规地单纯以沸点作为重油假组分划分的依据，需要从溶剂的作用出发，采用较为简单且能标识组分的结构差异的方法对重油进行特征化。常规分析中，只有族组成的分析能够较为详细地表征重油分子大小及极性等结构性质，所以在本申请一种可能的实施方式中，S201、确定重油的假组分，可以包括：采用冲洗色谱得到重油的组分；根据各个组分的含量及性质，确定重油的假组分。
一些实施例中，假组分的基本物性可以包括分子量和氢碳比，假组分的特征化参数可以包括假组分的临界参数和偏心因子。该情况下，S202、关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数，可以包括：根据假组分的分子量和氢碳比，确定假组分的密度；根据假组分的密度和分子量，确定假组分的平均沸点；根据假组分的密度和平均沸点，确定临界参数；根据假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定偏心因子。
示例性地，首先根据假组分的分子量和氢碳比，确定假组分的密度。采用10余种国内外渣油的超临界萃取分馏组分密度数据共208组进行回归，将各假组分的密度同分子量和氢碳比进行了关联，回归关联式为：
其中，d为假组分的密度，单位为g/cm3；NH/NC为氢碳原子比；MW为假组分的分子量。
回归关联式得到的计算值和实验值对比如图3所示，平均相对误差为1.06％。图3中，横坐标为密度d的计算值，纵坐标为密度d的实验值，其中的点表示密度d的计算值和实验值之间的关系点，实线为关系点的拟合曲线。
其次，根据假组分的密度和分子量，确定假组分的平均沸点。得到重油各假组分的密度后，计算各假组分的平均沸点，关联式为：
Tb＝79.23d0.1327MW0.3709
其中，Tb为假组分的平均沸点，单位K。
接着，根据假组分的密度和平均沸点，确定临界参数。临界参数可以包括临界压力Pc和临界温度Tc，临界参数的估算采用Sim和Daubert对Winn法修正的关联式，估算公式为：
TT＝1.8Tb
最后，根据假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定偏心因子。偏心因子的估算采用Kesler和Lee式进行了关联，估算公式为：
ω＝-7.904+0.1352K-0.007465K2+8.395TBr+(1.408-0.01063K)/TBr
其中，K为特性因子，
TBr为对比沸点，TBr＝Tb/Tc。
一些实施例中，S203、采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据，可以包括：联立相平衡方程和物料平衡方程，建立平衡闪蒸模型，相平衡方程可以用于表示预设温度和预设压力下的重油物料中气相成分和液相成分之间的关系，物料平衡方程可以用于表示重油物料中各种成分的关系；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值；对平衡闪蒸模型进行迭代计算，得到汽化分率、气相成分和液相成分。也就是说，中间成分数据可以包括汽化分率、气相成分和液相成分，等等。
示例性地，计算中间成分数据时，首先需要给迭代计算的参数赋初值。具体地，该参数初值为相平衡常数Ki赋初值。对于预设温度(T)和预设压力(P)下，重油物料的假组分为(z1，z2，…，zi，…，zn)，重油物料由气相成分(y1，y2，…，yi，…，yn)和液相成分(x1，x2，…，xi，…，xn)组成，平衡闪蒸计算可以确定汽化分率(e)和各相组成。联立相平衡方程和物料平衡方程得到Rachford-Rice方程，即平衡闪蒸模型：
zi＝eyi+(1-e)xi
yi＝Kixi
采用Newton-Raphson法迭代求解Rachford-Rice方程，得到汽化分率e后计算xi、yi，基本迭代公式为：
其中，汽化分率e右下角标n和n+1为迭代次数。
一些实施例中，在S204、对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据之前，该方法还可以包括：确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度。
一种具体实现中，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，可以包括：根据相平衡实验数据回归，确定二元交互作用参数；根据特征化参数、立方型状态方程以及混合规则，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度。
示例性地，在确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度时，选用的立方型状态方程为SRK状态方程，利用SRK状态方程分别计算气液两相的逸度和逸度系数，SRK状态方程的基本形式为：
α(Tr)＝[1+(0.48+1.574ω-0.176ω2)(1-Tr 0.5)]2
其中，Tr为对比温度，Tr＝T/Tc，R为理想气体常数，V为摩尔体积。
求解立方型状态方程以确定气液两相的逸度时，需要选择匹配的混合规则。对于重油这种多组分混合物体系而言，由纯物质所对应的状态方程参数推算混合物所对应的状态方程参数需要选择匹配的混合规则，本申请实施例中结合SRK状态方程选择van derWaals单流体混合规则，混合规则的形式为：
其中am、bm为上述SRK状态方程中的参数a、b，mi为重油中某一假组分的摩尔分数，kij为二元交互作用参数，通过相平衡实验数据回归得到。
重油中各假组分的逸度系数采用SRK状态方程求取：
其中，Φi为重油中某一假组分的逸度系数，Vm为重油的摩尔体积。
重油的摩尔体积Vm可以通过求解通过压缩因子表达成三次方程形式的SRK状态方程得到。求解该状态方程时，取最大根作为气相成分的摩尔体积，取最小根作为液相成分的摩尔体积。
求解上述方程获得气相成分的逸度系数Φi V和液相成分的逸度系数Φi L后，根据预设压力P、气相成分yi和液相成分xi可以求得气相成分和液相成分的逸度，计算式分别为：
fi V＝PyiΦi V
fi L＝PxiΦi L
其中，fi V为气相成分的逸度，fi L为液相成分的逸度。
一些实施例中，上述确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度时，首先根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数。根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数，可以包括：将溶剂与假组分之间的二元交互作用参数和假组分的分子量与芳碳率关联为指数关系；采用相平衡实验数据对指数关系中的参数进行优化。
示例性地，将溶剂与假组分的二元交互作用参数与假组分的分子量和芳碳率(Fa)关联成指数关系，形式为：
kij＝pMWqFar
采用60组不同的原料油、温度、压力和溶剂比的相平衡实验数据对上述指数关系中的参数p、q、r进行优化，优化的目标函数为：
其中YDAO，EXP和YDAO，CAL分别为脱沥青油收率的实验值和计算值。
对指数关系的优化方法采用全局优化算法中的遗传算法。在Matlab平台中采用编程计算的方法进行以上优化计算，得到二元交互作用参数表达式为：
kij＝0.0018MW0.8133Fa2.1648
一些实施例中，上述根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数时，保留溶剂与重油中假组分之间的二元交互作用参数，重油中假组分之间的二元交互作用参数设置为零。
示例性地，以上实施例中组成重油的大港减压渣油和催化裂化澄清油共有八个假组分：VR-1、VR-2、VR-3、VR-4、DO-1、DO-2、DO-3、DO-4，加上轻质烃溶剂的存在，假组分之间的以及溶剂与假组分之间的二元交互作用参数数目较多，计算难度较大。为了降低计算难度，本申请实施例假设重油假组分之间的二元交互作用参数设置为零，仅保留溶剂异丁烷与这些重油假组分之间的二元交互作用参数。
一些实施例中，迭代计算的参数初值为相平衡常数的初值。该情况下，S204、对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据，可以包括：如果气液两相的逸度差值小于阈值，则将中间成分数据作为最终成分数据输出；或者，如果气液两相的逸度差值大于或等于阈值，则更新相平衡常数并重新计算中间成分数据和气液两相的逸度，直到气液两相的逸度差值小于阈值，输出最终成分数据。最终成分数据的计算流程如图4所示。
图4所示的计算流程，包括：S401、输入预设温度、预设压力、假组分、临界参数和二元交互作用参数；S402、给相平衡常数赋初值；S403、迭代计算平衡闪蒸模型，得到中间成分数据；S404、分别确定溶剂脱沥青产物中气相和液相的逸度以及逸度系数；S405、判断气相和液相的逸度差值是否小于阈值；S406、如果气相和液相的逸度差值小于阈值，则将中间成分数据作为最终成分数据输出；S407、如果气相和液相的逸度差值大于或等于阈值，则更新相平衡常数，并重新计算中间成分数据和气液两相的逸度，直到气相和液相的逸度差值小于阈值，输出最终成分数据。
在S407中，更新相平衡常数按照下式进行：
Ki＝Φi L/Φi V
其中，Φi L为液相成分的逸度系数，Φi V为气相成分的逸度系数。
一些实施例中，S203中采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，可以包括：采用全局优化算法搜索吉布斯自由能变的函数的最小值，如果函数收敛时函数的值小于零，找到吉布斯自由能变减小的状态，函数可以用于表示假组分相变前后的吉布斯自由能变；在这个状态下获得相平衡常数的初值。
示例性地，本申请实施例着重解决超临界条件下重油-轻烃体系中存在的问题，在这种体系下，不能直接用饱和蒸汽压等关联的初值赋值方法对相平衡常数进行赋初值。为解决这样的矛盾，本申请实施例采用稳定性分析方法来估计相平衡常数的初值。稳定性分析方法具体可以包括：通过构造表示相变前后的吉布斯自由能变的函数F(Yi)，采用全局优化算法对函数F(Yi)搜索全局最小值，如果收敛时存在F(Yi)＜0，则找到吉布斯自由能变减小的状态，此状态下相变则会自发进行，利用这个状态时的Yi值求得相平衡常数的初值Ki0。吉布斯自由能变的函数F(Yi)表示如下：
其中液相成分：Yi＝Kizi
气相成分：
其中，0和2为角标，分别代表原来的单相和可能形成的新相，Yi代表新相的组成。
经过本申请实施例以上的描述，构建了相平衡模型，并可将该相平衡模型用于对于实际的重油进行分析预测。表4展示了大港减压渣油-异丁烷体系部分条件下经过相平衡模型计算得到的平衡组成结果，其中yi和xi分别表示从假组分到溶剂的轻重相摩尔组成。结果可以发现，重油经溶剂脱沥青过程后，饱和分、芳香分等较轻的组分大部分都被富集到了轻相的脱沥青油中，而胶质和沥青质等较重的组分脱除到了重相的脱油沥青中，符合实验规律。
表4减压渣油-异丁烷体系相平衡计算结果
计算溶剂脱沥青产物的性质数据时，假设各相的性质可由平衡两相的各假组分性质线性加和得到。图5A至5F中展示了大港减压渣油和催化裂化澄清油的混合油溶剂脱沥青过程相平衡模型计算值和实验值的对比。图5A中的点表示DAO收率的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。图5B中的点表示DAO溶解度的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。图5C中的点表示轻相密度的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。图5D中的点表示饱和分含量的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。图5E中的点表示芳香分含量的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。图5F中的点表示胶质含量的计算值和实验值之间的关系点，实线表示关系点的拟合曲线。大港减压渣油和两种混合油的脱沥青油收率的平均相对误差(AAD)为7.07％，脱沥青油平衡溶解度的AAD为8.95％，轻相密度的AAD为9.64，轻相中脱沥青油的饱和分含量的AAD为6.21％，芳香分含量的AAD为8.08％，胶质含量的AAD为17.6％。从工业上对于溶剂脱沥青工艺过程主要关心的性质及平均误差的结果来看，脱沥青油收率、平衡溶解度、轻相密度和四组分含量等结果计算值与实验值相符，说明本申请建立的溶剂脱沥青过程相平衡模型是可信的，且具有较高的精度，能够准确计算产物的气液相组成、DAO收率、DAO溶解度、轻相密度等性质。
图6A至6C中展示了相平衡模型对于大港减压渣油溶剂脱沥青相平衡过程中DAO收率的预测能力，分别计算了DAO收率对温度、压力和溶剂比变化的趋势。从图中可以看出，一定操作条件范围以内，在压力和溶剂比不变的情况下，DAO收率随温度的升高而呈下降趋势；在温度和溶剂比不变的情况下，DAO收率随压力的升高而呈上升趋势；在温度和压力不变的情况下，DAO收率随溶剂比的升高而呈缓慢上升趋势。符合工业上溶剂脱沥青过程中的“倒退冷凝”和“倒退气化”的原理，证明本申请的相平衡模型对不同条件下的产物性质具有较高的预测能力，满足了工业过程设计和条件优化的需求。
本申请实施例提供的相平衡模型构建方法与现有的方法相比，具有以下优点：
1、本申请提供的方法可以将重油的溶剂脱沥青相平衡过程原理同假组分的划分方法和数目结合起来，避免了多种假组分划分方法在溶剂脱沥青过程中的任意性。
2、本申请提供的方法可以将重油假组分的密度、平均沸点和临界参数与重油假组分的基本物性如分子量、氢碳比和芳碳率进行关联，从而得到相平衡模型计算所需要的热力学参数。
3、本申请提供的方法将稳定性分析方法与平衡闪蒸模型结合起来，为超临界条件下的相平衡计算提供稳定的初值，解决了超临界体系相平衡计算同普通体系气液平衡计算相比对初值要求更为严格的问题。
4、本申请提供的方法将溶剂脱沥青相平衡模型构建所需要的二元交互作用参数进行简化，仅保留溶剂与假组分的二元交互作用参数，在保证计算精度的前提下降低了计算难度。
图7为本申请一实施例提供的相平衡模型构建装置的结构示意图。本申请实施例提供一种相平衡模型构建装置，该相平衡模型构建装置可以通过软件和/或硬件的方式实现。示例地，该装置可以集成在例如服务器等电子设备上。如图7所示，相平衡模型构建装置70可以包括：假组分确定模块71、参数确定模块72、计算模块73、输出模块74和构建模块75。其中：
假组分确定模块71，可以用于确定重油的假组分；
参数确定模块72，可以用于关联假组分的基本物性，确定假组分的特征化参数；
计算模块73，可以用于采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；
输出模块74，可以用于对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出溶剂脱沥青产物的最终成分数据；
构建模块75，可以用于根据最终成分数据和溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型。
本申请实施例提供的装置，可用于执行图2所示实施例中的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
一些实施例中，假组分确定模块可以用于：采用冲洗色谱得到重油的组分；根据各个组分的含量及性质，确定重油的假组分。
一些实施例中，假组分的基本物性可以包括分子量和氢碳比，假组分的特征化参数可以包括假组分的临界参数和偏心因子，参数确定模块可以用于：关联假组分的分子量和氢碳比，确定假组分的密度；关联假组分的密度和分子量，确定假组分的平均沸点；根据假组分的密度和平均沸点，确定临界参数；根据假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定偏心因子。
一些实施例中，计算模块可以用于：联立相平衡方程和物料平衡方程，建立平衡闪蒸模型，相平衡方程可以用于表示预设温度和预设压力下的重油物料中气相成分和液相成分之间的关系，物料平衡方程可以用于表示重油物料中各种成分的关系；采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值；对平衡闪蒸模型进行迭代计算，得到汽化分率、气相成分和液相成分，中间成分数据可以包括汽化分率、气相成分和液相成分。
一些实施例中，迭代计算的参数初值为相平衡常数的初值，输出模块可以用于：如果气液两相的逸度差值小于阈值，则将中间成分数据作为最终成分数据输出；或者，如果气液两相的逸度差值大于或等于阈值，则更新相平衡常数并重新计算成分数据和气液两相的逸度，直到气液两相的逸度差值小于阈值，输出成分数据。
一些实施例中，计算模块在采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值时，具体可以用于：采用全局优化算法搜索吉布斯自由能变的函数的最小值，如果函数收敛时函数的值小于零，找到吉布斯自由能变减小的状态，函数可以用于表示假组分相变前后的吉布斯自由能变；在上述状态下获得相平衡常数的初值。
一些实施例中，输出模块在对溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较之前，还确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度。该情况下，输出模块在确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，具体可以用于：根据相平衡实验数据回归，确定二元交互作用参数；根据特征化参数、立方型状态方程以及混合规则，确定溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度，混合规则中包含二元交互作用参数。
一些实施例中，输出模块在根据相平衡实验数据回归，得到二元交互作用参数时，具体可以用于：将溶剂与假组分之间的二元交互作用参数和假组分的分子量与芳碳率关联为指数关系；采用相平衡实验数据对指数关系中的参数进行优化。
一些实施例中，输出模块在确定二元交互作用参数时，保留溶剂与重油中假组分之间的二元交互作用参数，重油中假组分之间的二元交互作用参数设置为零。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-On-a-Chip，简称SOC)的形式实现。
图8为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。如图8所示，该电子设备可以包括：处理器81、存储器82、通信接口83和系统总线84。其中，存储器82和通信接口83通过系统总线84与处理器81连接并完成相互间的通信，存储器82用于存储指令(包含计算机程序)，通信接口83用于和其他设备进行通信，处理器81用于调用存储器中的指令以执行如上述方法实施例所述的方案。
该图8中提到的系统总线84可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线84可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口83用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。
存储器82可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
处理器81可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器DSP、特定集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在电子设备上运行时，使得电子设备执行如上任一方法实施例所述的方法。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在计算机可读存储介质中，至少一个处理器可以从该计算机可读存储介质中读取计算机程序，该至少一个处理器执行所述计算机程序时可实现如上任一方法实施例所述的方法。
本申请实施例还提供一种运行指令的芯片，芯片用于执行如上任一方法实施例所述的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(SSD))等。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种相平衡模型构建方法，其特征在于，所述相平衡模型应用于重油的溶剂脱沥青，所述相平衡模型构建方法包括：
确定重油的假组分；
关联所述假组分的基本物性，确定所述假组分的特征化参数；
采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；
对所述溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出所述溶剂脱沥青产物的最终成分数据；
根据所述最终成分数据和所述溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型；
所述假组分的基本物性包括分子量和氢碳比，所述假组分的特征化参数包括假组分的临界参数和偏心因子，所述关联所述假组分的基本物性，确定所述假组分的特征化参数，包括：
根据所述假组分的分子量和氢碳比，确定所述假组分的密度；
根据所述假组分的密度和分子量，确定所述假组分的平均沸点；
根据所述假组分的密度和平均沸点，确定所述临界参数；
根据所述假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定所述偏心因子。
2.根据权利要求1所述的相平衡模型构建方法，其特征在于，所述确定重油的假组分包括：
采用冲洗色谱得到重油的组分；
根据各个组分的含量及性质，确定重油的假组分。
3.根据权利要求1所述的相平衡模型构建方法，其特征在于，所述采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据，包括：
联立相平衡方程和物料平衡方程，建立所述平衡闪蒸模型，所述相平衡方程用于表示预设温度和预设压力下的重油物料中气相成分和液相成分之间的关系，所述物料平衡方程用于表示重油物料中各种成分的关系；
采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值；
对所述平衡闪蒸模型进行迭代计算，得到汽化分率、气相成分和液相成分，所述中间成分数据包括所述汽化分率、所述气相成分和所述液相成分。
4.根据权利要求3所述的相平衡模型构建方法，其特征在于，所述采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，包括：
采用全局优化算法搜索吉布斯自由能变的函数的最小值，如果所述函数收敛时所述函数的值小于零，找到吉布斯自由能变减小的状态，所述函数用于表示所述假组分相变前后的吉布斯自由能变；
在所述状态下获得相平衡常数的初值。
5.根据权利要求1所述的相平衡模型构建方法，其特征在于，所述迭代计算参数初值为相平衡常数的初值，所述对所述溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出所述溶剂脱沥青产物的最终成分数据，包括：
如果气液两相的逸度差值小于阈值，则将所述中间成分数据作为最终成分数据输出；或者，
如果气液两相的逸度差值大于或等于阈值，则更新所述相平衡常数并重新计算所述中间成分数据和气液两相的逸度，直到气液两相的逸度差值小于阈值，输出所述最终成分数据。
6.一种重油溶剂脱沥青相平衡模型构建装置，其特征在于，所述相平衡模型应用于重油的溶剂脱沥青，所述相平衡模型构建装置包括：
假组分确定模块，用于确定重油的假组分；
参数确定模块，用于关联所述假组分的基本物性，确定所述假组分的特征化参数；
计算模块，用于采用稳定性分析方法确定平衡闪蒸模型在超临界条件下的迭代计算参数初值，迭代计算得到溶剂脱沥青产物的中间成分数据；
输出模块，用于对所述溶剂脱沥青产物中气液两相的逸度进行比较，根据比较结果输出所述溶剂脱沥青产物的最终成分数据；
构建模块，用于根据所述最终成分数据和所述溶剂脱沥青产物的性质数据建立相平衡模型；
所述假组分的基本物性包括分子量和氢碳比，所述假组分的特征化参数包括假组分的临界参数和偏心因子，所述参数确定模块，用于根据所述假组分的分子量和氢碳比，确定所述假组分的密度；根据所述假组分的密度和分子量，确定所述假组分的平均沸点；根据所述假组分的密度和平均沸点，确定所述临界参数；根据所述假组分的密度、平均沸点和临界参数，确定所述偏心因子。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。
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