[发明专利]用于炼油过程中氢气与瓦斯的协同优化方法

说明书

本申请实施例提出了用于炼油过程中氢气与瓦斯的协同优化方法，包括在氢气与瓦斯系统中分别构建对应耗氢单元、制氢单元、氢提纯单元、脱硫单元、加热炉单元、轻烃回收单元以及压缩机单元的数学优化模型；对各单元的数学优化模型进行单独求解，得到各单元处于最优工况下的操作参数；构建对应氢气与瓦斯系统的优化目标函数，在满足优化目标函数约束条件的基础上，调用遗传算法对处于最优工况下各单元中所使用的包括氢气、瓦斯在内的气体流量进行求解，能帮助企业减少氢气系统向瓦斯系统排放的废氢，提升加热炉热效率，进而提高氢气和瓦斯资源综合利用效率，减少补瓦斯管网的天然气量及液化气量、降低外购氢量。

技术领域

本发明属于能源优化领域，尤其涉及用于炼油过程中氢气与瓦斯的协同优 化方法。

背景技术

随着炼油企业加工原油的重质化和劣质化以及环保法规日渐趋严，加氢精 制和加氢裂化等深加工技术在炼油企业中得到了广泛地应用，炼油企业的氢气 成本和能耗成本已成为仅次于原油购买成本的第二、第三大成本。

在炼油企业，氢气系统与瓦斯系统高度耦合，氢气系统提纯回收装置的尾 气会排放进瓦斯系统，而瓦斯系统的高压瓦斯可作为氢气系统制氢装置的制氢 原料。因此，对氢气与瓦斯任意一种介质进行优化，都会对另一种介质造成影 响。而目前所有的文献研究均是仅考虑其中一种介质系统的优化，未将二者统 筹进行全局优化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了用于炼油过程中氢 气与瓦斯的协同优化方法，通过以各装置单元的物料、需求为约束，构建产氢 装置、氢气提纯装置、脱硫单元、压缩机装置、轻烃回收单元、加热炉装置等 的数学模型，并进行全局优化求解。提高氢气和瓦斯资源综合利用效率，提升 企业的运行效益。

具体的，本申请实施例提出的用于炼油过程中氢气与瓦斯的协同优化方法， 包括：

在氢气与瓦斯系统中分别构建对应耗氢单元、制氢单元、氢提纯单元、脱 硫单元、加热炉单元以及轻烃回收单元的数学优化模型；

对各单元的数学优化模型进行单独求解，得到各单元处于最优工况下的操 作参数；

构建对应氢气与瓦斯系统的优化目标函数，在满足优化目标函数约束条件 的基础上，调用遗传算法对处于最优工况下各单元中所使用的包括氢气、瓦斯 在内的气体流量进行求解。

可选的，所述在氢气与瓦斯系统中分别构建对应耗氢单元、制氢单元、氢 提纯单元、脱硫单元、加热炉单元以及轻烃回收单元的数学优化模型，包括：

构建氢气耗量与加工负荷、氢油比、反应温度、反应压力、空速、产品要 求、原料性质关联的耗氢单元数学模型表达式；

采用数据回归的方法，建立产氢量与天然气量、高压瓦斯量、水碳比、水 气比、转化炉温度、中变反应温度、产品氢纯度工艺参数间的制氢单元数学模 型表达式：

构建氢提纯单元中使用PSA和膜分离两类过程的氢提纯单元数学模型表达 式；

在脱硫过程中忽略其对流股流量的影响，构建脱硫塔的脱硫率的数学模型 表达式；

构建采用反平衡计算方法加热炉数学模型表达式；

构建用于回收加氢干气中的C3、C4中轻烃回收单元的数学模型表达式；

构建基于进出口压力确定操作成本的压缩机单元的数学模型表达式。

可选的，所述在氢气与瓦斯系统中分别构建对应耗氢单元、制氢单元、氢 提纯单元、脱硫单元、加热炉单元以及轻烃回收单元的数学优化模型，包括：

耗氢装置的氢气消耗与装置的加工负荷、氢油比、反应温度、反应压力、 空速、产品要求、原料性质相关，通过历史数据回归的方法，构建氢气耗量与 这些变量的关联式：