CN113282001B - 一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法，该方法不仅考虑了一次加工装置进料需求，而且兼顾了二次加工装置进料需求，并根据原油调合加工历史数据库，获取当前原油调合加工的优化初始解和解的限制搜索范围，在初始解附近的限制搜索范围内寻找最优解，从而在保障二次加工装置的进料需求得到满足的同时，避免陷入局部最优，并加快了寻优速度，消除了非线性原油调合优化模型求解所得结果所带来调合操作的剧烈波动。该方法对稳定炼化企业的原油调合加工，提升企业经济效益具有重要价值。

Description

一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法

技术领域

本发明涉及炼油加工领域的原油调合领域，具体为兼顾一次和二次加工装置进料的一种原油调合方法。

背景技术

现有的原油在线调合工程中，调合的目标和约束考虑的往往都是一次加工装置，即常减压装置的进料需求，而未对二次加工装置的进料需求加以关注。但近年来随着对原油物性的深度认识和炼油工艺技术的快速发展，现有的调合优化方法所给结果虽能满足一次加工装置的进料需求，却难以满足二次加工装置的最佳进料要求。以石脑油收率为例，如果仅考虑常减压装置，仅需石脑油收率达标即可，但事实上石脑油中所含的正构烷烃宜作为化工乙烯原料，而非正构烷烃(主要是异构烷烃、环烷烃和芳烃)宜作为二次加工中的重整装置原料进行生产。而对于具有相同石脑油收率的原油，其正构烷烃或非正构烷烃含量却未必相同。

需要注意的是，若将二次加工装置的进料需求纳入原油调合优化的考虑范畴，将导致优化时约束项数量增加，且由于原油的部分性质存在较为严重的非线性关系，易使调合优化陷入局部最优，生产中容易引起组分原油流量突变，造成生产过程的剧烈波动。

因此，如何将二次加工装置的进料需求纳入原油调合优化的考虑范畴，并消除非线性原油调合优化模型求解时所带来调合操作的剧烈波动，对满足二次加工装置进料需求和平稳原油加工生产具有重要价值。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法。该方法不仅考虑了一次加工装置进料需求，而且兼顾了二次加工装置进料需求，并根据原油调合加工历史数据库，获取当前原油调合加工的优化初始解和解的限制搜索范围，在初始解附近的限制搜索范围内寻找最优解，具体包括以下步骤：

1)收集过去一段时间T内原油调合组合与比例，构建原油调合加工历史数据库，要求T≥4320h；

2)根据原油调合加工历史数据库中，提取不同原油调合组合下各组分原油的经验调合比例和流量的浮动范围，并计入数据库中；

3)根据当前原油调合组合c₁～c_g(g为组分原油数量)，在原油调合加工历史数据库中搜索与其相匹配的原油调合组合，若搜索到匹配的原油调合组合则转下一步，否则将当前原油调合组合c₁～c_g及其调合比例计入数据库中并转上一步；

4)获取所匹配原油调合组合c₁～c_g中各组分原油流量的浮动范围和经验调合比例X₁′～X_g′；

5)根据原油一次加工装置和二次加工装置所关注的进料原油性质，确定需考虑的非线性调合原油性质；

6)设定优化求解的调合比例X₁～X_g初始解为原油调合加工历史数据库中c₁～c_g的经验调合比例X₁′～X_g′，即X₁＝X₁′,...,X_g＝X_g′；

7)将所匹配原油调合组合c₁～c_g组分原油流量的浮动范围设为解的限制搜索范围；

8)引入非线性调合原油性质计算表达式，确定原油调合优化的目标函数和约束条件，其中目标函数和常规约束条件为：

①目标函数：

式中，J_b表示调合后原油性质与期望值的偏差加权值；λ_j表示调合后原油第j个性质的权重，U_j表示调合后原油的第j种性质，U_j ^*表示调合后原油的第j种性质期望值，r为原油性质数。

②常规约束条件：

i.调合比例约束：

式中X_c为优化后原油调合配方中各组分原油调合比例；

ii.调合比例上下限约束：

式中β表示组分原油c的最低调合比例，S_g表示待优化组分原油的集合{1...g}；

iii.调合后原油性质上下限约束：

式中L_low,j、L_high,j分别表示第j种性质的容许下限与上限，S_NA表示原油性质的集合{1...NA}，U_j根据不同的原油性质线性或非线性加和规则进行计算；

iv.调合比例限制约束：

式中X_c,0表示组分原油c的调合比例X_c的初始解，k表示由原油调合加工历史数据库分析得出的组分原油流量浮动幅度值；

9)针对上述原油调合优化的目标函数和约束条件，在给定初始解和限制搜索范围的基础上进行优化求解，得到c₁～c_g对应的调合比例X₁～X_g。

有益效果：

本发明公开了一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法，该方法不仅考虑了一次加工装置进料需求，而且兼顾了二次加工装置进料需求，根据原油调合加工历史数据库，获取当前原油调合加工的优化初始解和解的限制搜索范围，在初始解附近的限制搜索范围内寻找最优解，从而在保障二次加工装置的进料需求得到满足的同时，避免陷入局部最优，加快了寻优速度，消除了非线性原油调合优化模型求解所得结果所带来调合操作的剧烈波动。该方法对稳定炼化企业的原油加工生产，提升企业经济效益具有重要价值。

附图说明

图1为本发明考虑二次加工装置进料的原油调合方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，由具体的操作流程说明本方法在原油调合优化中的实施效果。本实施案例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明所述考虑二次加工装置进料的原油调合方法，不仅考虑了一次加工装置进料需求，而且兼顾了二次加工装置进料需求，并根据原油调合加工历史数据库，获取当前原油调合加工的优化初始解和解的限制搜索范围，在初始解附近的限制搜索范围内寻找最优解，其流程如图1所示。下面以某炼油企业的原油调合优化过程为例，具体实施步骤如下：

1)在本实施例中，该炼油企业考虑的性质较多，主要包括原油密度、硫含量、酸值、石脑油收率、倾点、50℃粘度、正构烷烃的质量分数等指标。本实施例中使用CRUDE001、CRUDE002、CRUDE003三种组分原油进行调合加工，其中CRUDE002为主炼油，CRUDE001与CRUDE003为掺炼油，三种组分原油的性质及调合后目标性质如表1所示：

表1三种组分原油的性质及调合后目标性质

2)本实施例收集整理了过去半年(4320h)的原油调合配方及调合比例的变化情况，构建原油调合加工历史数据库，其中当前原油调合组合c₁～c₃(即CRUDE001、CRUDE002、CRUDE003)相关数据如表2所示。

表2原油调合加工历史数据库数据

3)根据当前原油调合组合c₁～c₃，在原油调合加工历史数据库中搜索与其相匹配的原油调合组合，若搜索到匹配的原油调合组合则转下一步，否则将当前原油调合组合c₁～c₃及其调合比例计入数据库中并转上一步。本实施例中，结合表1与表2可知，表2中运行时间为4307h～4320h的数据条目与当前原油调合组合c₁～c₃相匹配，转下一步。

4)由表2结合经验可知，所匹配原油调合组合c₁～c₃三种组分原油的经验调合比例为0.38:0.50:0.12，以经验调合比例所求得的各组分原油流量为基准，则各组分原油流量的浮动范围为基准值±10％。

5)由表2可知供调合待加工原油c₁～c₃的原油一次加工装置所关注的进料原油性质为原油密度、硫含量、酸值、石脑油收率、倾点、50℃粘度和正构烷烃的质量分数。确定需考虑的非线性调合原油性质为密度、倾点和50℃粘度，输入非线性调合原油性质计算表达式如式(1)～(4)所示：

①密度：

原油性质中组分原油与调合原油的原油密度呈倒数线性加和关系，其表达式为：

式(1)中，SG表示调合原油密度，SG_c表示组分原油c的密度，X_c表示组分原油c质量调合比。

②倾点：

原油性质中组分原油与调合原油的倾点呈指数线性加和关系，其表达式为：

式(2)中，P表示调合原油的倾点，p_c表示组分原油c的倾点。

③50℃粘度：

原油性质中组分原油与调合原油的50℃粘度呈指数线性加和关系，其表达式为：

式(3)中，CS表示调合原油的50℃粘度，VBF2计算表达式如式(4)所示：

式(4)中，CS_c表示组分原油c的50℃粘度。

6)设定优化求解的调合比例X₁～X₃初始解X_1,0～X_3,0为原油调合加工历史数据库中c₁～c₃的经验调合比例，即X₁:X₂:X₃＝0.38:0.50:0.12。

7)将c₁～c₃组分原油流量基准值±10％的浮动范围设为解的限制搜索范围。

8)将式(1)～(4)以等式约束的形式引入原油调合优化模型，确定原油调合优化的目标函数和常规约束条件，其中目标函数和常规约束条件为：

①目标函数：

式中，J_b表示调合后原油性质与期望值的偏差加权值；λ_j表示调合后原油第j个性质的权重，U_j表示调合后原油的第j种性质，U_j ^*表示调合后原油的第j种性质期望值，r为原油性质数。

②常规约束条件：

i.调合比例约束：

式中X_c为优化后原油调合配方中各组分原油调合比例；

ii.调合比例上下限约束：

式中β表示组分原油c的最低调合比例，S_g表示待优化组分原油的集合{1...3}；

iii.调合后原油性质上下限约束：

式中U_j表示调合后原油的第j种性质，L_low,j、L_high,j分别表示第j种性质的容许下限与上限，S_NA表示原油性质的集合{1...3}；

iv.调合比例突变限制约束：

式中X_c,0表示组分原油c的调合比例X_c的初始解X_c,0，k表示由原油调合加工历史数据库分析得出的组分原油流量浮动幅度值。

9)对上述原油调合优化的目标函数和约束条件进行优化求解，使调合原油的性质更接近调合后目标性质指标，得到c₁～c₃对应的调合比例为X₁:X₂:X₃＝0.3420:0.5260:0.1320，新旧原油调合配方如表3所示：

表3新旧原油调合配方对比

由表3可见，根据本案例求解所得的新原油调合配方，混合出的调合原油性质较旧原油调合配方而言，均更接近目标性质，同时满足了一次原油加工装置和二次原油加工装置的进料需求。

另一方面，所求得调合比例与优化前旧原油调合配方相比变化幅度均控制在±10％以内，没有出现调合操作的剧烈波动现象。此外，由于解的搜索范围受到了限制，使得优化求解的时间更短，原油调合优化实施的实时性更好。

综上所述，本方法不仅考虑了一次加工装置进料需求，而且兼顾了二次加工装置进料需求，并根据原油调合加工历史数据库，获取当前原油调合加工的优化初始解和解的限制搜索范围，在初始解附近的限制搜索范围内寻找最优解，从而在保障二次加工装置的进料需求得到满足的同时，避免陷入局部最优，加快了寻优速度，消除了非线性原油调合优化模型求解所得结果所带来调合操作的剧烈波动。因此，该方法对稳定炼化企业的原油加工生产，提升企业经济效益具有重要价值。

Claims (3)

1.一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法，其特征在于具体包括以下步骤：

1)收集过去一段时间T内原油调合组合与比例，构建原油调合加工历史数据库；

2)根据原油调合加工历史数据库，提取不同原油调合组合下各组分原油的经验调合比例和流量的浮动范围；

3)根据当前原油调合组合c₁～c_g，g为组分原油数量，在原油调合加工历史数据库中搜索与其相匹配的原油调合组合，若搜索到匹配的原油调合组合则转下一步，否则将当前原油调合组合c₁～c_g及其调合比例计入数据库中并转上一步；

4)获取所匹配原油调合组合c₁～c_g中各组分原油流量的浮动范围和经验调合比例X₁′～X_g′；

5)根据原油一次加工装置和二次加工装置所关注的进料原油性质，明确需考虑的非线性调合原油性质；

6)设定优化求解的调合比例X₁～X_g初始解为原油调合加工历史数据库中c₁～c_g的经验调合比例X₁′～X_g′，即X₁＝X₁′,...,X_g＝X_g′；

7)将所匹配原油调合组合c₁～c_g组分原油流量的浮动范围设为解的限制搜索范围；

8)引入非线性调合原油性质计算表达式，确定原油调合优化的目标函数和约束条件；

所述目标函数为：

式中，J_b表示调合后原油性质与期望值的偏差加权值；λ_j表示调合后原油第j个性质的权重，U_j表示调合后原油的第j种性质，U_j ^*表示调合后原油的第j种性质期望值，r为原油性质数；所述约束条件为：

i.调合比例约束：

式中X_c为优化后原油调合配方中各组分原油调合比例；

ii.调合比例上下限约束：

式中β表示组分原油c的最低调合比例，S_g表示待优化组分原油的集合{1...g}；

iii.调合后原油性质上下限约束：

式中L_low,j、L_high,j分别表示第j种性质的容许下限与上限，S_NA表示原油性质的集合{1...NA}，U_j根据不同的原油性质线性或非线性加和规则进行计算；

iv.调合比例限制约束：

式中X_c,0表示组分原油c的调合比例X_c的初始解，k表示由原油调合加工历史数据库分析得出的组分原油流量浮动幅度值；

9)针对上述原油调合优化的目标函数和约束条件，在给定初始解和限制搜索范围的基础上进行优化求解，得到c₁～c_g对应的调合比例X₁～X_g。

2.根据权利要求1所述的一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法，其特征在于步骤1)所述T≥4320h。

3.根据权利要求1所述的一种考虑二次加工装置进料的原油调合方法，其特征在于步骤4)所述各组分原油流量的浮动范围为基准值±10％。

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