CN100406541C - 非线性连续罐式柴油调合法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非线性连续罐式柴油调合法，其包括(1)建立基于构成成品柴油各组分实时流量及各流量之间的线性和非线性关系、各组分及成品柴油的实时质量属性中的线性和非线性关系的非线性数学模型；(2)将原油炼油速率、各侧线实时流量数据及各组分实时质量数据输入步骤(1)所建立非线性数学模型中，运算得到构成成品柴油各组分实时流量数据；(3)按由步骤(2)获得的构成成品柴油各组分实时流量数据进行成品柴油的调合等步骤。采用本发明所述柴油调合法，将显著提高柴油产品合格率及炼油厂效益。

Description

非线性连续罐式柴油调合法

技术领域

本发明涉及一种柴油调合法，特别涉及一种非线性连续罐式柴油调合法。

背景技术

近年来，随着环保要求的日趋严格，柴油的产品标准也越来越高。然而，与之相对应的是炼油厂的原油日趋多样化、重质化、劣质化、高硫化、高酸化。目前炼油厂在实际生产中，主要采用将生产柴油调合组分的各装置的实时馏出口流量连续进入最终调合罐，通过泵循环罐式调合法，以调度经验为依据确定柴油各类产品的调合配方。用这类配方进行的生产，在新标准检验下，产品合格率仅为60％～70％，重调、质量过剩、降级销售均有发生，炼油厂经济效益损失严重。而管道在线调合技术，由于在线分析仪表价格十分昂贵，目前在柴油调合生产过程极少使用。

如何利用现有实时组分流量数据，现有人工分析质量指标及最新调合属性线性和非线性方程，在柴油的每日调合生产过程中，实时计算出最优的调合配方，是提高柴油产品合格率及提高炼油厂效益的关键技术。

发明内容

本发明目的在于，提供一种非线性连续罐式柴油调合方法，以此提高柴油产品合格率及炼油厂效益。

本发明所说的非线性连续罐式柴油调合方法，其包括如下步骤：

(1)建立基于构成成品柴油各组分实时流量及各流量之间的线性和非线性关系、各组分及成品柴油的实时质量属性中的线性和非线性关系的非线性数学模型；

(2)将原油炼油速率、各侧线实时流量数据及各组分实时质量数据输入步骤(1)所建立非线性数学模型中，运算(如在Lingo 8.0软件中进行优化求解计算)得到构成成品柴油各组分实时流量数据；

(3)按由步骤(2)获得的构成成品柴油各组分实时流量数据进行成品柴油的调合；

其中：所说的非线性数学模型如下：

$\mathrm{Max}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{j}Q{P}_j-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{Q}_{i,j}\mathrm{or}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}Q{P}_j---\left(1\right)$

$s.t.:Q{F}_u=\underset{u^{\′}\∈U_u}{\mathrm{\Σ}}\underset{s\∈S_{u^{\′},u}}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{u^{\′},s,u}---\left(2\right)$

QF_u＜QF_u-max(3)

Q_u，s＝d_u，s·QF_u，s∈S_u(4)

$Q_{u,s}=\underset{u^{\′}\∈U_{s,u}}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{u,s,u^{\′}}---\left(5\right)$

$\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,k}{Q}_{i,j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}}=q_{j,k},j=\mathrm{1,2},...,n;k=\mathrm{1,2},...,l_1---\left(6\right)$

$q_{j,l_1+1}=[\ln \left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}({0.929}^{a_{i,l_1+1}}\·Q_{i,j})\right)-\ln Q{P}_j]/\ln 0.929,j=\mathrm{1,2},...,n---\left(7\right)$

$q_{j,l_1+2}=\exp \left[\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{Q_{i,j}}{Q{P}_j}\·\ln a_{i,l_1+2})\right],j=\mathrm{1,2},...,n---\left(8\right)$

$q_{j,l_1+3}=9.4656T^3-57.08217T^2+129.075T-99.2741$

$T=f[(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}\·a_{i,l_1+3})/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}],j=\mathrm{1,2},...,n---\left(9\right)$

b_min，j，k≤q_j，k≤b_max，j，k j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，l(10)

u——能生产柴油组分油的装置的名称；

n——柴油最终产品的种类数，如：0#车柴，0#轻柴，-10#柴油等；

m——参与柴油终产品调合的调合组分的数量；

l——在柴油成品油调合中需要考虑的主要性能指标数；

S_u′，u——离开装置u′进入装置u的油流的集合；

S_u——装置u生产的所有产品的集合；

U_s，u——接收油流s的所有装置u的集合；

U_u——有产品油直接流入装置u的所有前续装置的集合；

QF_u——装置u的进给总流量；

QF_u-max——装置u的最大处理能力，即最大进口总流量(吨/天)；

Q_u，s——装置u生产的某产品s的流量；

d_u，s——装置u生产的某产品s的产出率(％)；

Q_u，s，u′——装置u生产的某产品s进入装置u′的流量；

Q_i，j——终产品j(j＝1，2，…，n)中调合组分i(i＝1，2，…，m)的流量；

QP_j——终产品j(j＝1，2，…，n)的流量；

c_j——柴油成品油j(j＝1，2，…，n)的出厂单价；

c_i——调合组分i(i＝1，2，…，m)的进厂单价；

a_i，k——调合组分i(i＝1，2，…，m)的一种性能指标k(k＝1，2，…，l₁，l₁+1，...l)，其中前l₁个为线性约束，从第l₁+1个到第l(＝l₁+3)个为非线性约束；

q_j，k——终产品j(j＝1，2，…，n)的一种性能指标k(k＝1，2，...l)；

b_max，j，k、b_min，j，k——终产品j(j＝1，2，…，n)的质量指标k(k＝1，2，...l)的约束值的上、下限。

式(1)表示单位时间调合总收益或调合总产量；式(2)表示装置u的进给流量为所有前序装置u′中生产的进入装置u的产品的流量的总和；式(3)表示装置u的进口总流量应小于装置本身的最大处理能力；式(4)表示装置u产出的某产品s的流量为该装置的进给流量乘以相应产品线的产出率(也可采用实时馏出口流量数据)；式(5)表示装置u生产的某产品s的流量等于流入后序各装置(包括未用完进入储罐部分)的各分支流量总和；式(6)为调合后的成品油j的l₁个线性性能指标的值；式(7)为成品油j的第l₁+1个(闪点)非线性指标；式(8)为成品油j的第l₁+2个(运动粘度)的非线性指标；式(9)为成品油j的第l₁+3个(凝点)的非线性指标，式中T为按调合凝点与调合组分凝点成线性关系计算出凝点值，得出此值后查表(表中数据参看侯详麟主编《中国炼油技术》(三)，554～556页)并按线性插值法得出的与之相对应的换算因子；(10)表示调合后的成品油j的性能指标k的值必须满足相应的成品油质量指标要求的约束；除凝点外，其余所有参数及变量非负为默认约束。

本发明在综合考虑生产柴油调合组分各装置的实时流量数据，实时质量数据的基础上，能够快速计算出满足质量检验指标和质量平衡要求的柴油实时调合优化配方，从而提供实时柴油调合比例，为柴油产品质量的控制提供了有利的依据；由于采用数学规划模型方式进行建模，通用性很强，大大提高了模型的适用范围。采用数学规划常用软件Lingo进行求解，运算速度快，使计算能够实时在线进行。这在目前炼油厂所炼原油种类日益多样化，即使是一个油田的原油所含成分每日变动也很大的生产情况下，为柴油产品的优化生产提供了有力的保障。

附图说明

图1为柴油连续罐式调合典型生产流程图

其中：CDU1-常减压蒸馏装置1；CDU2-常减压蒸馏装置2；HT1-汽柴油加氢装置1；HT2-汽柴油加氢装置2；LHT-润滑油加氢装置；DP-之前未用完剩余组分；DP1-柴油终产品调合罐1；DP2-柴油终产品调合罐2。

QF_CDU1-装置CDU1的进给总流量；

QF_CDU2-装置CDU2的进给总流量；

QF_HT1-装置HT1的进给总流量；

QF_HT2-装置HT2的进给总流量；

QF_LHT-装置LHT的进给总流量；

QF_DP1-柴油最终产品调合罐DP1的进给总流量；

QF_DP2-柴油最终产品调合罐DP2的进给总流量；

Q_f1、Q_f2、Q_f3-按配比进入装置HT1的其它三种油品的流量；

Q_f4、Q_f5、Q_f6-按配比进入装置HT2的其它三种油品的流量；

Q_CDU1，s1、Q_CDU2，s1-装置CDU1、CDU2的各自常一线出口流量；

Q_CDU1，s2、Q_CDU2，s2-装置CDU1、CDU2的各自常二线出口流量；

Q_CDU1，s3、Q_CDU2，s3-装置CDU1、CDU2的各自常三线出口流量；

Q_CDU1，s4、Q_CDU2，s4-装置CDU1、CDU2的各自常四线出口流量；

Q_CDU1，s5、Q_CDU2，s5-装置CDU1、CDU2的各自减顶线出口流量；

Q_CDU1，s6、Q_CDU2，s6-装置CDU1、CDU2的各自减一线出口流量；

Q_HT1，S、Q_HT2，S-装置HT1、HT2各自产出的柴油组分侧线出口流量；

Q_LHT，S-装置LHT产出的柴油组分侧线出口流量；

Q_{CDU1，S1，DP1}、Q_{CDU1，S1，DP2}-装置CDU1的常一线(S1)分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_{CDU1，S2，DP1}、Q_{CDU1，S2，DP2}-装置CDU1的常二线(S2)分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_{CDU1，S3，DP1}、Q_{CDU1，S3，DP2}-装置CDU1的常三线(S3)分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_{CDU1，S4，HT1}、Q_{CDU1，S4，HT2}-装置CDU1的常四线(S4)分别进入装置HT1、HT2的流量；

Q_{CDU1，S5，HT1}、Q_{CDU1，S5，HT2}-装置CDU1的减顶线(S5)分别进入装置HT1、HT2的流量；

Q_{CDU1，S6，HT1}、Q_{CDU1，S6，HT2}-装置CDU1的减一线(S6)分别进入装置HT1、HT2的流量；

Q_{HT1，S，DP1}、Q_{HT1，S，DP2}-装置HT1产出的柴油组分分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_{HT2，S，DP1}、Q_{HT2，S，DP2}-装置HT2产出的柴油组分分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_{LTS，S，DP1}、Q_{LTS，S，DP2}-装置LHT产出的柴油组分分别进入装置DP1、DP2的流量；

Q_1，1(＝Q_{CDU1，S1，DP1})-柴油终产品1的调合组分1；

Q_2，1(＝Q_{CDU1，S2，DP1})-柴油终产品1的调合组分2；

Q_3，1(＝Q_{CDU1，S3，DP1})-柴油终产品1的调合组分3；

Q_4，1(＝Q_{CDU2，S1，DP1})-柴油终产品1的调合组分4；

Q_5，1(＝Q_{CDU2，S2，DP1})-柴油终产品1的调合组分5；

Q_6，1(＝Q_{CDU2，S3，DP1})-柴油终产品1的调合组分6；

Q_7，1(＝Q_{HT1，S，DP1})-柴油终产品1的调合组分7；

Q_8，1(＝Q_{HT2，S，DP1})-柴油终产品1的调合组分8；

Q_9，1(＝Q_{LHT，S，DP1})-柴油终产品1的调合组分9；

Q_10，1-柴油终产品1的调合组分10(掺炼的之前未用完组分，由具体情况定)；

Q_11，1(＝Q_{CDU2，S6，DP1})-柴油终产品1的调合组分11；

Q_1，2(＝Q_{CDU1，S1，DP2})-柴油终产品2的调合组分1；

Q_2，2(＝Q_{CDU1，S2，DP2})-柴油终产品2的调合组分2；

Q_3，2(＝Q_{CDU1，S3，DP2})-柴油终产品2的调合组分3；

Q_4，2(＝Q_{CDU2，S1，DP2})-柴油终产品2的调合组分4；

Q_5，2(＝Q_{CDU2，S2，DP2})-柴油终产品2的调合组分5；

Q_6，2(＝Q_{CDU2，S3，DP2})-柴油终产品2的调合组分6；

Q_7，2(＝Q_{HT1，S，DP2})-柴油终产品2的调合组分7；

Q_8，2(＝Q_{HT2，S，DP2})-柴油终产品2的调合组分8；

Q_9，2(＝Q_{LHT，S，DP2})-柴油终产品2的调合组分9；

Q_10，2-柴油终产品2的调合组分10(掺炼的之前未用完组分，由实际情况定)；

Q_11，2(＝Q_{CDU2，S6，DP2})-柴油终产品2的调合组分11；

具体实施方式

本发明所说的非线性连续罐式柴油调合方法，其包括如下步骤：

(1)建立基于构成成品柴油各组分实时流量及各流量之间的线性和非线性关系、各组分及成品柴油的实时质量属性中的线性和非线性关系的非线性数学模型；

a)柴油非线性规划调合模型中变量的选择

由于柴油产品质量最终检验指标共有18项，其中的％10蒸余物残炭、灰分、机械杂质、水分、铜片腐蚀、色度、氧化后总不溶物、冷滤点共8项指标无调合方程，因此不加入调合模型的计算变量中。而密度(20℃)、十六烷值、馏程(50％、90％、95％)、粘度(20℃)、硫含量、闪点、酸度、凝点共10项指标有严格的线性或非线性调合方程，因此选取这10项指标为建立柴油非线性规划调合模型的质量属性变量指标；能生产柴油组分及最终产品的各装置的实时入口流量和出口流量为流量属性变量指标。

b)确定柴油调合配方的非线性数学模型

由于炼油生产过程中，各装置的进口油液一般都是前序装置出来的各种油液的混合物，而各装置出口的油液又都分流到多个不同的后序装置中，因此，我们设在能生产柴油调合组分油的每一个装置的前面有一个混合器，而经过各装置处理后流出的每一股油液处均有一个分离器。

将调合总收益或总产量最大为目标时，建立前文所述式(1)～式(10)非线性数学模型。

(2)将原油炼油速率、各侧线实时流量数据及各组分实时质量数据(可在炼油厂内计算机网络中获得)输入步骤(1)所建立非线性数学模型中，在Lingo 8.0软件中进行优化求解计算，得到构成当日成品柴油各组分实时流量数据；

(3)按由步骤(2)获得的构成成品柴油各组分实时流量数据进行成品柴油的调合。

下面以某厂某日0#车用柴油和0#轻柴的调合生产为例，对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容，而非限制本发明的保护范围：

某厂某日0#车用柴油和0#轻柴的生产过程实例计算。

实例中的两套常减压蒸馏装置(CDU1、CDU2)的常一、常二、常三线产品直接参与最终调合，装置CDU2的减一线部分产品参与最终调合；装置CDU1和CDU2的常四、减顶、减一线产品与其它油品配比进入两套加氢装置，加氢处理后的柴油组分进入最终调合；一套润滑油加氢装置生产的柴油组分进入最终产品调合。

以柴油两种产品油的总产量最大为目标，以柴油最终产品质量属性方程，混合器与分离器处的质量平衡方程为必须满足的约束，在Lingo 8.0软件中进行优化求解计算。

对测量仪表无额外要求，只需现行生产配置即可。

进行调合前2小时，将流量的输入数据和各组分质量数据在厂内计算机网络中获得，以此数据为配方计算的输入数据，实时计算出当日调合所需配方。

1、在线取的数据有：

1)流量数据(T/day)

QF_CDU1＝7367.04；

QF_CDU2＝19843.25；

QF_LHT＝141.23；

Q_CDU1，s1＝667.4538；Q_CDU2，s1＝0

Q_CDU1，s2＝425.8149；Q_CDU2，s2＝2057.745；

Q_CDU1，s3＝681.4512；Q_CDU2，s3＝1728.347；

Q_CDU1，s4＝215.8543；Q_CDU2，s4＝583.3915；

Q_CDU1，s5＝39.78202；Q_CDU2，s5＝57.54542；

Q_CDU1，s6＝456.7565；Q_CDU2，s6＝1002.084；

掺前面某日未用完装置CDU2的减一线剩余量737.0932吨。

2)质量数据

2、将上述数据代入数学模型后得到的计算结果为：

0#车用柴油当日调合配方	0#轻柴当日调合配方
		各组分流量(吨/天)Q_11(CDU1常一线)     667.4538Q_21(CDU1常二线)     425.8149Q_31(CDU1常三线)     681.4512Q_41(CDU2常一线)     0.000000Q_51(CDU2常二线)     0.000000Q_61(CDU2常三线)     0.000000Q_71(HT1加氢)        0.000000Q_81(HT2加氢)        1816.885Q_91(LHT加氢)        0.000000Q_101(掺炼剩余)      39.92103Q_111(当日CDU2减一线)0.000000	各组分流量(吨/天)Q_12(CDU1常一线)     0.000000Q_22(CDU1常二线)     0.000000Q_32(CDU1常三线)     0.000000Q_42(CDU2常一线)     0.000000Q_52(CDU2常二线)     2057.745Q_62(CDU2常三线)     1728.347Q_72(HT1加氢)        2730.000Q_82(HT2加氢)        343.1145Q_92(LHT加氢)        141.2300Q_102(掺炼剩余)      697.1713Q_112(当日CDU2减一线)1002.084
0#车用柴油当日产品质量数据	0#轻柴当日产品质量数据
		50％馏程(℃)         270.134790％馏程(℃)         307.259095％馏程(℃)         256.0928硫(W％)              0.049酸度(mgKOH/100ml)    3.578941闪点(℃)             57.05042凝点(℃)             -13.43157	50％馏程(℃)         287.220390％馏程(℃)         326.863895％馏程(℃)         338.5817硫(W％)              0.1800992酸度(mgKOH/100ml)    6.990000闪点(℃)             71.30422凝点(℃)             -7.768467
0#车用柴油当日产量(T)	0#轻柴当日产量(T)
		3631.526	8699.692

每次计算所需时间小于30秒，完全可以满足在线计算的需要。

通过对某厂某月每日进行的柴油调合生产进行的计算，0#车用柴油和0#轻柴两种柴油产品在所有质量指标均合格的基础上，计算值与实际生产值的全月总产量误差仅为+0.32％。

上述柴油调合的所需流量数据及人工检测和分析得到的各组分的质量数据(在调合进行前2个小时获得)，在大多数“燃料-润滑油”型炼油厂中均能满足，为现行主要生产过程。因此该发明具有普适性

Claims (2)

1.一种非线性连续罐式柴油调合方法，其包括如下步骤：

(1)建立基于构成成品柴油的各组分实时流量及各流量之间的相关线性和非线性关系、各组分及成品柴油的实时质量属性中的线性和非线性关系的非线性数学模型；

(2)将原油炼油速率、各侧线实时流量数据及各组分实时质量数据输入步骤(1)所建立非线性数学模型中，运算得到构成成品柴油各组分实时流量数据；

(3)按由步骤(2)获得的构成成品柴油各组分实时流量数据进行成品柴油的调合；

其中：所说的实时质量数据是指：密度、十六烷值、馏程、粘度、硫含量、闪点、酸度和凝点。

2.如权利要求1所述的非线性连续罐式柴油调合方法，其特征在于，步骤(1)中所述非线性数学模型如下：

$\begin{array}{cccc}\mathrm{Max}& \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{j}Q{P}_j-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{Q}_{i,j}& \mathrm{or}& \underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}Q{P}_j---\left(1\right)\end{array}$

$s.t.:Q{F}_u=\underset{u^{\′}\∈U_u}{\mathrm{\Σ}}\underset{s\∈S_{u^{\′},u}}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{u^{\′},s,u}---\left(2\right)$

QF_u＜QF_u-max    (3)

Q_u，s＝d_u，s·QF_u，s∈S_u    (4)

$Q_{u,s}=\underset{u^{\′}\∈U_{s,u}}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{u,s,u^{\′}}---\left(5\right)$

$\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,k}{Q}_{i,j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}}=q_{j,k},j=\mathrm{1,2},\·\·\·,n;k=\mathrm{1,2},\·\·\·,l_1---\left(6\right)$

$q_{j,l_1+1}=[\ln \left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(0.929^{a_{i{l}_1+1}}\·Q_{i,j})\right)-\ln Q{P}_j]/\ln 0.929---\left(7\right)$

j＝1，2，...n

$q_{j,l_1+2}=\exp \left[\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{Q_{i,j}}{Q{P}_j}\·\ln a_{i,l_1+2})\right],j=\mathrm{1,2},...,n---\left(8\right)$

$q_{j,l_1+3}=9.4656T^3-57.08217T^2+129.075T-99.2741$

$T=f[(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}\·a_{i,l_1+3})/\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i,j}],j=\mathrm{1,2},...,n---\left(9\right)$

b_mm，j，k≤q_j，k≤b_max，j，kj≤1，2，…，n；k＝1，2，…，l    (10)

其中：

u——能生产柴油组分油的装置的名称；

n——柴油最终产品的种类数，

m——参与柴油终产品调合的调合组分的数量；

l——在柴油成品油调合中需要考虑的主要性能指标数；

S_u′，u——离开装置u′进入装置u的油流的集合；

S_u——装置u生产的所有产品的集合；

U_s，u——接收油流S的所有装置u的集合；

U_u——有产品油直接流入装置u的所有前续装置的集合；

QF_u——装置u的进给总流量；

QF_u-max——装置u的最大处理能力，即最大进口总流量(吨/天)；

Q_u，s——装置u生产的某产品S的流量；

d_u，s——装置u生产的某产品S的产出率(％)；

Q_u，s，u′——装置u生产的某产品S进入装置u′的流量；

Q_i，j——终产品j(j＝1，2，…，n)中调合组分i(i＝1，2，…，m)的流量；

QP_j——终产品j(j＝1，2，…，n)的流量；

c_j——柴油成品油j(j＝1，2，…，n)的出厂单价；

c_i——调合组分i(i＝1，2，…，m)的进厂单价；

a_i，k——调合组分i(i＝1，2，…，m)的一种性能指标k(k＝1，2，…，l₁，l₁+1，...l)，其中前l₁个为线性约束，从第l₁+1个到第l(＝l₁+3)个为非线性约束；

q_j，k——终产品j(j＝1，2，…，n)的一种性能指标k(k＝l，2，...l)；

b_max，j，k、b_mm，j，k——终产品j(j＝1，2，…，n)的质量指标k(k＝1，2，...l)的约束值的上、下限。