【摘要】：隨著重質(zhì)原油和含硫原油加工比例的增大,以及環(huán)境保護(hù)法規(guī)不斷加強(qiáng)、清潔油品的生產(chǎn)要求越來(lái)越高,再加上重質(zhì)油品市場(chǎng)需求的縮水和輕質(zhì)油品市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng),加氫裂化、加氫精制等深加工技術(shù)在煉油企業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用,原油處理深度和加氫比例持續(xù)增加,煉油企業(yè)的氫氣消耗和能源消耗迅速攀升,氫氣成本和能源成本已經(jīng)是煉油企業(yè)中僅次于原油購(gòu)買成本的第二、三位成本要素。資源系統(tǒng)的集成優(yōu)化是煉油企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗減排、進(jìn)一步提升贏利空間的重要手段。煉油企業(yè)資源系統(tǒng)的集成優(yōu)化研究主要分為“設(shè)計(jì)／改造優(yōu)化研究”和“操作優(yōu)化研究”。前者主要對(duì)將要建設(shè)或已經(jīng)存在的資源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管網(wǎng)布局、設(shè)備優(yōu)選等進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)或改造,以達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)配置、降低系統(tǒng)投資運(yùn)營(yíng)成本以及環(huán)境污染的目標(biāo)；后者主要對(duì)已有資源網(wǎng)絡(luò)的操作狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化,以保證系統(tǒng)各單元的正常生產(chǎn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗減排、最小化系統(tǒng)操作成本。本文針對(duì)煉油企業(yè)中的三大資源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：氫氣系統(tǒng)、瓦斯系統(tǒng)和水熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)行最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和最優(yōu)系統(tǒng)操作兩方面的研究,并針對(duì)各類系統(tǒng)提出完整的設(shè)計(jì)方法和調(diào)度技術(shù),以提高系統(tǒng)的資源利用率。主要工作內(nèi)容如下：(1)在氫氣網(wǎng)絡(luò)集成設(shè)計(jì)模型中添加脫硫過程模型,有效解決系統(tǒng)中超額的H2S雜質(zhì)含量對(duì)氫氣資源高效利用的制約。考慮到脫硫過程的復(fù)雜性和多流股脫硫方式的多樣性,建立詳細(xì)的脫硫網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)并嵌入氫氣網(wǎng)絡(luò)集成中,據(jù)此建立脫硫網(wǎng)絡(luò)與氫網(wǎng)絡(luò)耦合的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型,將氫分配網(wǎng)絡(luò)送入脫硫網(wǎng)絡(luò)的流股流量和脫硫率作為優(yōu)化變量,對(duì)脫硫塔的操作參數(shù)和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),探究脫硫網(wǎng)絡(luò)與氫分配網(wǎng)絡(luò)之間的權(quán)衡關(guān)系,尋求全局最優(yōu)方案。實(shí)例計(jì)算表明,所提出的優(yōu)化策略能夠較好的在氫分配網(wǎng)絡(luò)和脫硫網(wǎng)絡(luò)之間權(quán)衡,求得使整體網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)的脫硫量和脫硫率。相比于之前的優(yōu)化模型,提出的優(yōu)化策略能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)氫氣資源的最大化利用。(2)針對(duì)氫氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)直接或間接產(chǎn)生大量C02排放,從而降低氫氣系統(tǒng)的環(huán)保意義的問題,在氫氣網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化模型中添加了環(huán)境影響目標(biāo),從根本上降低系統(tǒng)的有害氣體排放。分別以系統(tǒng)的總年度操作成本和總年度C02排放量作為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能與環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo),考察兩類不同清潔程度的燃料作為系統(tǒng)燃料時(shí)的可持續(xù)氫氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),基于不同的情況分別建立了單目標(biāo)優(yōu)化模型和雙目標(biāo)優(yōu)化模型。對(duì)于多目標(biāo)優(yōu)化模型,采用自適應(yīng)加權(quán)求和法求取Pareto最優(yōu)曲線,為企業(yè)決策者提供理論支撐和決策指導(dǎo)。(3)考慮到煉油企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)方案隨原油性質(zhì)以及產(chǎn)品需求變化而變化的特性,以及由此帶來(lái)的系統(tǒng)中氫氣副產(chǎn)單元以及耗氫單元的氫氣產(chǎn)耗量的不斷變化,提出煉油企業(yè)氫氣系統(tǒng)多周期調(diào)度優(yōu)化策略,充分保證系統(tǒng)的氫氣供需平衡和高效率運(yùn)作。調(diào)度模型中考察了制氫單元的(?)效率和CO2排放量隨單元?dú)洚a(chǎn)量變化的情況,詳細(xì)分析多周期操作下氫氣管網(wǎng)系統(tǒng)各處的壓力、氫氣純度、流量以及管道內(nèi)氣體流向等操作參數(shù)的變化情況,建立綜合考慮系統(tǒng)中各項(xiàng)影響因素的氫氣系統(tǒng)多周期調(diào)度優(yōu)化模型。針對(duì)模型中存在的非連續(xù)決策變量,引入一種新的建模方法——互補(bǔ)約束方程,避免二進(jìn)制變量的使用以及復(fù)雜MINLP模型的求解。工業(yè)實(shí)例計(jì)算表明,應(yīng)用所提出的調(diào)度方法可在合理的時(shí)間內(nèi)求得較優(yōu)、較實(shí)用的調(diào)度方案。(4)針對(duì)煉油企業(yè)各生產(chǎn)單元的能量需求隨生產(chǎn)方案變化而變化的問題,提出煉油企業(yè)瓦斯系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化策略。從煉油企業(yè)的多周期生產(chǎn)特性出發(fā),詳細(xì)分析了瓦斯系統(tǒng)調(diào)度的影響因素,建立了綜合考慮系統(tǒng)各項(xiàng)影響因素的煉油企業(yè)瓦斯系統(tǒng)多周期調(diào)度優(yōu)化模型。通過引入詳細(xì)的管道模型,對(duì)管網(wǎng)各處的瓦斯氣的熱值進(jìn)行了模擬計(jì)算,提高了優(yōu)化調(diào)度結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。與文獻(xiàn)方法比較發(fā)現(xiàn),所提出的方法所需的計(jì)算量更小,優(yōu)化后的生產(chǎn)調(diào)度方案更準(zhǔn)確。(5)針對(duì)水分配網(wǎng)絡(luò)與換熱器網(wǎng)絡(luò)之間相互影響、相互制約的復(fù)雜關(guān)系,將互補(bǔ)約束數(shù)學(xué)規(guī)劃方法拓展應(yīng)用到水熱網(wǎng)絡(luò)集成,提出了新的水熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上建立了熱集成水網(wǎng)絡(luò)一步優(yōu)化法。為解決一步優(yōu)化法中冷熱流股的判定難題,根據(jù)潛在匹配流股的始末溫度進(jìn)行冷、熱流股屬性預(yù)判,避免引入大量的非連續(xù)決策變量。實(shí)例研究表明,所提出的模型能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得到求解,且求解結(jié)果優(yōu)于目前的文獻(xiàn)方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE68

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖祖維;陽(yáng)永榮;王靖岱;蔣斌波;;考慮熱集成的用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J];化工學(xué)報(bào);2007年02期

2 徐俊剛,戴國(guó)忠,王宏安;生產(chǎn)調(diào)度理論和方法研究綜述[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2004年02期

3 張亮;劉永忠;閆哲;;煉化企業(yè)中氫氣管網(wǎng)的中間等級(jí)設(shè)置與優(yōu)化分析[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2010年10期

4 靳皎;馮霄;;氫系統(tǒng)關(guān)鍵氫阱最優(yōu)氫濃度的確定[J];化工學(xué)報(bào);2012年12期

5 劉桂蓮;周華;溫光林;;考慮熱量和壓力功影響的氫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展矩陣法[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

6 張毅,陽(yáng)永榮,劉軍,郭宏新,唐應(yīng)剛;煉油廠氫氣網(wǎng)絡(luò)集成管理[J];石油學(xué)報(bào)(石油加工);2004年01期

7 劉桂蓮;唐明元;馮霄;;多雜質(zhì)氫網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化[J];石油化工;2009年04期

8 董紅霞;劉泉山;徐小紅;何曉蘭;;柴油中的硫化物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響研究[J];石油煉制與化工;2009年06期

9 李立;劉桂蓮;;多雜質(zhì)氫網(wǎng)絡(luò)矩陣法的混合互補(bǔ)規(guī)律研究[J];石油化工;2014年06期

10 廖祖維;武錦濤;蔣斌波;王靖岱;陽(yáng)永榮;;考慮操作分解的熱集成用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2008年01期

本文編號(hào)：2804959