1.中国石油和石化工程研究会定于2022年3月23～25号在四川成都举办“2022（第 二届）中国石油化工仓储及储运罐区产业技术大会”。超级石化（ID：superpc91 ）2.中国化工学会定于2022年5月18-20日在宁波举办“2022年（第三届）中国石油化工设备检维修技术大会”。超级石化（ID：superpc91 ）
超级石化主要内容：研究了气体分馏装置的节能优化问题，根据装置实际的工况数据建立ＰＲＯ?Ⅱ工艺模拟模型，并对操作参数进行灵敏度分析，在此基础上应用线性回归分析法建立装置的多目标优化模型，采用惩罚函数机制与改进的多目标灰狼算法对模型进行求解。优化结果表明，可通过多组操作参数的优化搭配，使气体分馏装置在增加产量与减少丙烯排放的同时，降低生产能耗，实现装置的节能优化。此方法为气体分馏过程及其他精馏过程的节能优化设计提供了新的理论依据。
精馏塔是化工生产过程中使用最为广泛的分离单元，也是石油炼制中能耗最大的操作装置之一。气体分馏装置（简称气分装置）主要是将催化裂化装置的液化气精馏分离成高纯度的丙烯、丙烷以及Ｃ４和Ｃ５等馏分。高纯度丙烯是气分装置的核心产品，由于丙烯、丙烷馏分沸点接近、相对挥发度较小，并且气分装置对丙烯产品的纯度要求高，使整个装置的能耗偏高。近年来多位学者在气分装置节能优化方面提出了多种基于流程模拟的优化方法，也有学者在气分装置的分离序列和丙烯双塔流程上展开优化研究，不同程度地解决了气分装置能耗过高的问题。但这些研究均是对生产工艺流程模拟分析后，对生产参数进行的优化调节，无法实现生产单元多个目标之间的协调与优化，因此对气分装置的优化还有一定的提升空间。
本研究借助ＰＲＯ?Ⅱ模拟平台对气分装置操作参数进行灵敏度分析，确定相关参数，以气分装置各塔产量、丙烯回收率与装置能耗为优化目标，采用多元线性回归分析法拟合建立多目标优化模型；将惩罚函数机制与改进的多目标灰狼算法（ＭＯＧＷＯ）相结合对优化模型进行求解，得到Ｐａｒｅｔｏ优化解集，对气分装置进行多目标优化，以优化结果验证节能优化方案的可行性与有效性。
１工艺简介
某炼油厂气分装置采用三塔串联的工艺流程，具体工艺流程示意如图１所示。来自催化裂化装置富含丙烯馏分的液化气经脱Ｈ２Ｓ、脱硫醇后，加热至５３℃进入脱丙烷塔，塔顶精馏出的Ｃ２、Ｃ３组分一部分冷却回流，另一部分由进料加热器预热至５５℃送入脱乙烷塔；塔底的Ｃ４、Ｃ５组分经冷却后送至甲基叔丁基醚（ＭＴＢＥ）装置。脱乙烷塔塔顶精馏出的Ｃ２、Ｃ３组分一部分冷却后作为塔顶回流，未冷却的Ｃ２、Ｃ３组分自压送至瓦斯管 ；塔底丙烯、丙烷组分（含微量Ｃ２）经预热至５０℃，自压进入丙烯塔精馏。丙烯塔塔顶蒸出的丙烯组分冷凝后一部分作为塔顶回流，另一部分送至丙烯产品罐区；塔底的丙烷组分经冷却后送至丙烷储罐。
２气分装置的多目标优化建模
２．1工艺流程模拟
本研究以某炼油厂气分装置实际运行数据为基础，以ＰＲＯ?Ⅱ平台对气分装置进行工艺模拟，模拟结果如表１所示。从表１可以看出，该工艺模型各操作塔的塔压，塔顶、塔底温度，以及各塔的分离精度均与装置运行参数基本相符，能够真实反映气分装置的运行工况，说明该装置的工艺模型是正确的，可在不同操作参数条件下模拟气分装置的实际运行工况，为气分装置的多目标优化模型的确定提供数据支撑。
２.２多目标优化建模
精馏塔是一个气液两相平衡的系统，其压力、温度与气液相组成有对应关系。压力越低，在气液相组分一定的情况下（即达到相同分离精度）需要的分离温度就越低；温度越低，则生产装置所需要的能耗就越低；另外回流量与再沸器负荷有相应的内在关系；各组分的挥发度也与温度成正比，与压力成反比。故在保证气分装置各操作塔工况和分离精度满足工艺要求的情况下，分别对脱丙烷塔与丙烯塔的回流量与进料温度、脱乙烷塔塔压与进料温度进行双参数灵敏度分析，分析操作参数对各操作塔能耗、产量以及丙烯排放含量的影响。
由灵敏度数据分析可知，脱丙烷塔与丙烯塔各自的冷、热负荷与塔顶产量均随回流量与进料温度的升高而呈现近似线性增加的趋势，所以在实际生产过程中要找到脱丙烷塔与丙烯塔各自的回流量与进料温度的最佳优化组合，在保证分离精度和增产的同时塔的能耗不致过高。对脱乙烷塔的灵敏度分析可知，该塔的热负荷与塔顶丙烯排放含量均随塔压与进料温度的增加而呈近似线性减小的趋势；但该塔的冷负荷随着塔压与进料温度的增加而呈线性增加的趋势，所以在脱乙烷塔运行过程中要组合优化搭配塔压与进料温度，在保证分离精度和降低能耗的同时减少塔顶丙烯的排放。
综合以上数据分析，从气分装置节能优化的角度对各操作塔分别建立两个优化目标，即脱丙烷塔以最低生产能耗与最大Ｃ２、Ｃ３产量为优化目标；脱乙烷塔以最低生产能耗与最少丙烯组分排放为优化目标；丙烯塔以最大丙烯产量与最低生产能耗为优化目标，分别选取脱丙烷塔、丙烯塔的回流量与进料温度为操作变量；脱乙烷塔选取塔压和物料的进料温度为操作变量。
３气分装置的多目标优化
４结论
研究了气分装置的多目标优化问题，在气分装置工艺模拟的基础上建立该装置的产量与能耗、丙烯排放与能耗的节能优化模型，将惩罚函数机制引入到改进的ＭＯＧＷＯ算法中对优化模型进行求解，优化结果证明了该方法的可行性和有效性，可通过多组操作参数的优化搭配，使气分装置在增产与降低丙烯排放的同时减少装置能耗，实现气分装置的节能增效。此研究方法为气分装置的优化节能提供了高效可行的解决方案，同时也为其他精馏装置的优化节能提供设计思路。
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