乙烯装置高附加值产品最大化的优化控制技术

项目名称：乙烯装置高附加值产品最大化的优化控制技术

奖励类别：高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖

获奖等级：一等

授予单位：教育部

获奖单位：华东理工大学,中国石化上海石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司,中国石化扬子石油化工有限公司

项目完成人：杜文莉,钱锋,张利军,智茂轩,卫达,王振雷,田亮,蒋明敬,许岩峰,胡贵华,赵亮,代淼,张孝明,赵军,李进龙,梅华,朱纪林,吴剑,胡天生

获奖时间：2016

成果介绍：

乙烯工业作为石油化工产业的龙头和核心，标志着一个国家石油化工发展水平。由于乙烯生产原料复杂，且生产流程涵盖高温、深冷等复杂工艺，是化工过程中流程最长、工艺特性最复杂的制造过程，其优化控制一直是国际关注焦点。虽然现有乙烯装置工艺包与装备等核心技术大多是国外引进，但国外专利商不提供乙烯装置的生产机理和优化控制技术，这导致国内乙烯装置产品收率与能耗等与世界先进水平存在明显的差距。为实现乙烯装置运行过程的高附加值产品最大化，本项目重点研发实施了以下技术：

（1）首次提出并实现了乙烯裂解炉炉膛内流动、燃烧、辐射传热与炉管内自由基裂解反应过程的逐点耦合建模技术，获得了不同炉型裂解炉炉膛内详细的烟气温度、速度、浓度和热通量分布，以及炉管外壁温度、炉管内油气温度、速度、压力和产物收率分布的详细信息，实现了裂解炉全周期运行特性的表征和预测。为中国石油大庆石化15万吨/年大型裂解炉的自主设计制造提供了技术支撑。

（2）首次提出并实施了乙烯装置裂解炉炉群多种原料及其负荷的优化配置技术，达到国际领先水平。建立了不同裂解炉在不同裂解原料、不同操作条件下的各关键产品收率模型、燃料气消耗模型以及以废锅出口温度表征的运行周期模型，实现了裂解炉运行效率的在线评测；以高附加值产品最大化为目标，实现了对裂解炉炉群原料和负荷配置的MINLP问题在线求解与优化操作。在有效提高双烯收率的同时，降低了燃料气消耗。

（3）首次创造性地研发了裂解炉裂解深度实时优化控制技术，并在中国石化推广应用。采用油品属性聚类分析和神经网络技术，建立了不同油品属性的裂解产物全组分收率在线预测模型，利用滚动优化实现了裂解深度的实时优化，同时研发并实施了裂解深度智能控制技术，有效提高了高附加值产品产量。

项目已形成14项国家发明专利，登记13项国家计算机软件著作权。发表的相关学术论文有41篇被SCI、34篇被EI收录。上述技术实施后，主要技术指标达到或超过了同类装置国际先进水平。其中：上海石化双烯收率平均提高1.37～1.73%（每年增产3万吨以上），每年减少燃料气消耗4000吨以上。扬子石化裂解深度控制技术实施后，双烯收率增加0.33%以上（每年增产1万吨以上）；镇海石化裂解深度控制和优化技术实施后，总高附产品收率提高了0.28～1.17%(每年增产高附产品约1.8万吨)，每年减少能耗1.9万吨；并进一步推广到天津石化、吉林石化、大庆石化、齐鲁石化等企业的乙烯装置。

项目成果自2008年1月开始陆续在中国石化扬子石化、上海石化、镇海炼化等百万吨级大型乙烯装置上成功应用，近三年累计实现新增利税9.26亿元。本项技术有效解决了乙烯生产运行中的关键瓶颈问题，已应用到我国6套百万吨级大型乙烯装置的76台裂解炉（全国占比37.5%），有效推动了乙烯行业乃至石化工业的技术进步