[发明专利]精馏塔优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及精馏塔生产过程自动控制领域，特别涉及一种精馏塔优化控制方法。

背景技术

在石油炼制的化工过程中，几乎每个装置都涉及到了液-液分离过程，其中精馏塔是实现互溶物液-液分离的主要过程单元。

由于精馏塔应用的广泛性，对精馏塔的控制与优化就具有十分重要的意义。通过对精馏塔的控制与优化，使其能够操作平稳，提高产品合格率，减少高价值组分在低价值产品中的流失，同时节能降耗，减少再沸器的热负荷。因此，对精馏塔的控制与优化就具有较高的经济效益。

本发明所涉及的精馏塔是狭义上的精馏塔，其将组成相对简单的原料中的各个主要组分分离，分离的精细程度视生产需要决定。每个精馏塔只有塔顶、塔底两个产品，每个组分只能主要存在于塔顶或者塔底产品中，如气分装置丙烯精馏塔、苯乙烯装置苯乙烯精馏塔等等，产品质量的主要衡量指标为杂质的含量。

最初的精馏塔控制方案主要对塔顶、塔底的温度进行控制，不直接进行产品质量控制。后来的精馏塔产品质量控制方案大多采用了基于产品质量软测量的方式，主要包括统计建模和经验公式两种方法，如乙烯装置中乙烯精馏塔的智能控制方法，高纯精馏的动态矩阵控制系统和方法等。通过建立精馏塔的产品质量软测量模型，利用精馏塔的温度、压力和流量等过程实时数据，在线实时计算产品质量，在此基础上实现控制与优化。这种软测量建模实现精馏塔切割点计算是可行的，但由于数据截断误差的原因难以达到精馏塔的要求。同时，由于精馏产品的高纯度需求，一般塔板数都比较多，且为了提高塔板的分离效率，其回流罐和塔板积蓄量与处理量之比相对较大。这就造成了精馏塔的动态特性具有大延迟、大时间常数的特点。当操作条件发生变化时，产品质量发生变化并达到稳定的时间相当长，超出了预测控制的接受程度。这也不利于基于产品质量软测量的控制方案。

现有技术根据实际精馏塔的操作过程分析和基于流程模拟软件的仿真研究发现：当精馏塔的操作条件发生变化，产品质量发生变化并达到稳定的时间变得相当长，但塔顶轻产品和塔底重产品抽出比率(以下简称为轻重产品比)会产生较快的明显变化，并经常发生振荡，这是引起塔操作不稳的主要原因。因而提出将轻重产品比作为主要被控变量，通过预测控制方法调节回流量和再沸负荷，控制轻重产品比、温度达到平稳操作，并利用原料及产品的化验数据，使用神经网络代理模型和遗传算法进行操作优化，达到产品的卡边优化，在保证产品质量合格的前提下，增加高价值产品的收率，并实现装置的节能降耗。

上述方法在化验数据周期长、滞后大的情况下，在获得化验数据的间隔内，能够通过对轻重产品比的预测控制克服进料流量、进料温度、回流温度等常规干扰，维持精馏塔的平稳，并在获得化验数据后实现装置优化目标。然而，在实验室化验周期短或者使用在线分析仪的情况下，由于需要等待产品质量基本稳定才能进行优化求解，会有大量分析数据信息无法利用，不能充分挖掘优化控制的潜力。在两次操作优化运行之间，一方面，当进料组成发生变化后，即使已经采集到进料组成数据信息，预测控制仍按原有的轻重产品比控制目标操作，过程操作不再处于最优工作点；另一方面，当产品质量改变甚至超限导致产品不合格时，即使已经采集到产品质量超限信息，预测控制也不会做出任何调整。对于目前处理量越来越大的精馏过程，其过渡过程时间越来越长，上述问题也越来越突出。

分片线性近似方法是将非线性函数在定义域内划分为若干片，每一个分片内函数均进行线性近似，全局形成一系列线性函数叠加的方法。随着线性分片数的增加，每片内的线性近似误差之和会相应减小。分片线性近似方法在保证计算精度、减小计算负荷方面有着显著的优点。一方面，理论上已经证明，在线性分片数足够的情况下，分片线性近似能够以任意精度逼近非线性连续函数；另一方面，采用分片线性优化模型后，可以将优化问题求解转化为一系列子域线性规划逐步求解，其求解难度与计算量显著低于非线性优化求解。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题首先是在化验周期短或者使用在线分析仪的情况下，如何充分利用分析数据信息，充分挖掘优化控制的潜力，其次是当进料组成发生变化后，如何保证预测控制的过程操作一直处于最优工作点，并能够根据产品质量超限信息及时作出调整。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种精馏塔优化控制方法，包括：

步骤A1：分别读取分片线性优化模型、产品质量动态预测模型和阶跃响应控制模型，所述分片线性优化模型为：