發(fā)布時間：2020-08-26 08:39

【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)境保護法規(guī)不斷加強、清潔油品的生產(chǎn)要求越來越高,再加上重質(zhì)油品市場需求的縮水和輕質(zhì)油品市場需求的持續(xù)增長,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)實現(xiàn)節(jié)能降耗減排、進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“設計／改造優(yōu)化研究”和“操作優(yōu)化研究”。前者主要對將要建設或已經(jīng)存在的資源網(wǎng)絡系統(tǒng)的管網(wǎng)布局、設備優(yōu)選等進行最優(yōu)設計或改造,以達到最優(yōu)化系統(tǒng)配置、降低系統(tǒng)投資運營成本以及環(huán)境污染的目標；后者主要對已有資源網(wǎng)絡的操作狀態(tài)進行優(yōu)化,以保證系統(tǒng)各單元的正常生產(chǎn),同時實現(xiàn)節(jié)能降耗減排、最小化系統(tǒng)操作成本。本文針對煉油企業(yè)中的三大資源網(wǎng)絡系統(tǒng)：氫氣系統(tǒng)、瓦斯系統(tǒng)和水熱網(wǎng)絡系統(tǒng),進行最優(yōu)網(wǎng)絡設計和最優(yōu)系統(tǒng)操作兩方面的研究,并針對各類系統(tǒng)提出完整的設計方法和調(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)絡集成設計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)含量對氫氣資源高效利用的制約。考慮到脫硫過程的復雜性和多流股脫硫方式的多樣性,建立詳細的脫硫網(wǎng)絡超結(jié)構(gòu)并嵌入氫氣網(wǎng)絡集成中,據(jù)此建立脫硫網(wǎng)絡與氫網(wǎng)絡耦合的數(shù)學規(guī)劃模型,將氫分配網(wǎng)絡送入脫硫網(wǎng)絡的流股流量和脫硫率作為優(yōu)化變量,對脫硫塔的操作參數(shù)和設備參數(shù)進行優(yōu)化設計,探究脫硫網(wǎng)絡與氫分配網(wǎng)絡之間的權(quán)衡關(guān)系,尋求全局最優(yōu)方案。實例計算表明,所提出的優(yōu)化策略能夠較好的在氫分配網(wǎng)絡和脫硫網(wǎng)絡之間權(quán)衡,求得使整體網(wǎng)絡最優(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)化策略能夠進一步實現(xiàn)系統(tǒng)氫氣資源的最大化利用。(2)針對氫氣網(wǎng)絡運轉(zhuǎn)過程中會直接或間接產(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)絡集成優(yōu)化模型中添加了環(huán)境影響目標,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)濟性能與環(huán)境影響的評價指標,考察兩類不同清潔程度的燃料作為系統(tǒng)燃料時的可持續(xù)氫氣網(wǎng)絡設計,基于不同的情況分別建立了單目標優(yōu)化模型和雙目標優(yōu)化模型。對于多目標優(yōu)化模型,采用自適應加權(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。(3)考慮到煉油企業(yè)實際生產(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排放量隨單元氫產(chǎn)量變化的情況,詳細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)中各項影響因素的氫氣系統(tǒng)多周期調(diào)度優(yōu)化模型。針對模型中存在的非連續(xù)決策變量,引入一種新的建模方法——互補約束方程,避免二進制變量的使用以及復雜MINLP模型的求解。工業(yè)實例計算表明,應用所提出的調(diào)度方法可在合理的時間內(nèi)求得較優(yōu)、較實用的調(diào)度方案。(4)針對煉油企業(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。通過引入詳細的管道模型,對管網(wǎng)各處的瓦斯氣的熱值進行了模擬計算,提高了優(yōu)化調(diào)度結(jié)果的準確性和實用性。與文獻方法比較發(fā)現(xiàn),所提出的方法所需的計算量更小,優(yōu)化后的生產(chǎn)調(diào)度方案更準確。(5)針對水分配網(wǎng)絡與換熱器網(wǎng)絡之間相互影響、相互制約的復雜關(guān)系,將互補約束數(shù)學規(guī)劃方法拓展應用到水熱網(wǎng)絡集成,提出了新的水熱網(wǎng)絡超結(jié)構(gòu),在此基礎上建立了熱集成水網(wǎng)絡一步優(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行冷、熱流股屬性預判,避免引入大量的非連續(xù)決策變量。實例研究表明,所提出的模型能夠在較短的時間內(nèi)得到求解,且求解結(jié)果優(yōu)于目前的文獻方法。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE68

【參考文獻】

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本文編號：2804959