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化工白动化及仪表
第43卷
基于线性化模型的汽油调合过程动态优化
吴成戴逹奎
浙江大学工业控制技术国家重点实验室,杭州310027
摘要针对现有的调合模型复杂且参数难以获取、优化算法憭琐的缺陷,引入动态伐化思想,将汽油
调合优化过程分解成若于个短周期,对每一段短周期内汽油辛炕值等质指标进行性化处理,建立了
一种汽油调合鐵性动态模型。结合实际工艺背景,对汽油调合优化目标函數和约東条件进行了数学構
逑,并精其转摸成简单的性规划问题。与此同时,运用在缄分析技术获取调合过程当前工况下的调合
汽油和组分油的质量指标,用于实时更新倪化模型。仿真结果表明:基于线性化模型的汽油调合过程动
态倪化方案在在分析仪精度达到要求的情況下,能很快、榭地跟琮质量指标目标设定侦,实现调合
汽油质量指标的卡边控制,并提高调合利澳。
关键词汽油调合实时优化在线分析
中分类号P273文献标识码A
文章编号1000-3932(2016)03-0252-06
随着国家对车用汽油质量指标的要求越来越在每一个短周期内用线性化模型来近似描述调合
重视,除了辛烷值之外,对烯烃、芳烃及氧含量等汽油辛烷偵等质量指标,并基于该线性化模型,采
都有严格的限制。汽油调合优化是利用多种组分用常规的线性规划算法以获得调合过程中的最优
汽油,按照适当的比例进行混合,在满足车用汽油组分油流量比。在此基础上,针对汽油调合优化
指标的条件下,调合出利润最大的高品质汽油。过程进行了较为深人的仿真实验研究,并就在线
近年来,国内外众多科研机构对汽油调合优化进分析仪测量误差及原料价格发生变动等情况对动
行了深人的研究,建立了多种汽油调合辛烷值模念优化过程的影响进行了分析
型,并提出了多种优化求解算法。
汽油管道自动调合系统结构
对于汽油调合辛烷值模型,学者们已经提出
某炼油厂汽油管道调合工艺采用5种组分
了一些典型的建模方法。 Zahed A HI等基于实验油,分别为催化汽油、重整汽油、MTBE、石脑油和
方法来预测调合汽油辛烷值2?,此方法需要已知非芳,将它们按照一定的比例混合,可同时生产出
各组分油的辛烷值、流量,模型中参数需要通过实符合国V标准的93°、97°汽油或者国V标准的
验数据进行回归分析得到;李信等提出一种基于92°、95°汽油。组分油中的催化汽油、重整汽油和
最小二乘支持向量机的方法对辛烷值进行预测建非芳均直接来自于各自相应的生产装置,无中间
模?;张希发等通过确定汽油辛烷值与烃族组成级冲罐,同时流经一个管道,其进料全部参与调
的定量关系来建立汽油调合模型。对于调合优合。为方便对调合过程进行描述,以93'汽油为
化问题,黄彩凤等采用机会约柬规划进行求解,例,将此管道输送混合油等价为懼化汽油,由此简
将优化问题中带不确定参数的约束以概率形式加化后的汽油调合系统如图1所示。其中催化汽油
以表示,从而将随机规划问题转化为相应的确定为主组分油,低辛烷值的石脑油和高辛烷值的
性规划问题进行求解。袁奇等将全局群搜索优化MTBE作为辅助组分油,其进料流量2和按照
算法运用到汽油调合上的,提高了优化过程的收一定的比例参与调合。将3种组分油同时輪人管
敛速度和性能。 Mendez C A等将汽油调合混合道混合器,最终目标是在生产出质量指标合格的
整数非线性规划何题转化为一系列的混合整数线93'汽油的前提下,使调合利润达到最大化。流量
性规划问题进行求解,以获得最优的组分油流
收日期:201601-05(修改稿
笔者将汽油调合过程分解为若干个短周期
善会项目;国家高技术研究发展计划项目(2012AAI0503)
万方数据
第3期
吴威等·基于线性化模型的汽油调合过程动态优化
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的调节回路由流量变送器FT、流量控制器FC和流量设定值(F2")和MIBE流量设定值(F3")。
控制阀组成,流量控制器设定值由比值控制器提优化控制器依据当前产品质量与卡边值之间的偏
供。比值控制器的输入为石脑油、MTBE与催化差,实时计算最优流量比u2'和2',以生产出质
汽油流量比值的最优值2'、み3’,输出为石脑油量合格的调合汽油,并使调合利润最大化。
催化汽油
成品汽油质量
比值控制器
优化控制器
石脑油
已流量
MTBE
混合器
图1汽油管道自动调合系统
2汽油在线调合优化问题的数学描述
表示为
汽油调合过程的优化目标是在满足调合汽油
y=f1(u2,43,x1,x12,x13)≥y
(3)
各项质量指标要求的前提下,使调合利润最大化,
y2=/2(u2,3,x21,x2)≤y2m
(4)
其目标函数可表示为:
y。=f(u2,u3,x3)≤ym
其中,x1、x12、x13分别为催化汽油、石脑油和
max1=nる-ern=(,-c)h
MTBE的辛烷值;x1、x2分别为催化汽油、石脑油
(c。-c2)r2+(cp-93)r
的芳烃含量,%;x3为MTBE的氧含量,%;y1、
式中c1、c2和c3一一催化汽油、石脑油和MTBE
yn分别为调合汽油的辛烷值及其目标控制下
的成本价格,元/吨;
限;y2、y2,分别为调合汽油的芳烃含量及其目标
c,一成品汽油的市场销售价含量的上限,%;y、ym分别为调合汽油的氧含
格,元/吨;
量及其目标含量的上限,%。
和
催化汽油、石脑油和MTBE
流量比值和流量比值变化量约束可表示为
的流量,m3/h
由于c1、c2、c3和C。短期内保持不变,单位催
≤u2≤u2m,0≤≤4m
(6)
化汽油所得的最大调合利润J为
△u2m,≤AL2≤ムル2m,ー△L3m,≤△u3≤ムル3m。(7)
maxj=(c,-c2 )u2 +(c,-ca)u,
(2)
其中,ル2为石脑油与催化汽油的流量比值,
其中,42,为石脑油与催化汽油流量比值控
制上限;み2为MTBE与催化汽油流量比值控制
42=;u3为MTBE与催化汽油的流量比值,u3
上限;△u2m、△u3m,分别为石脑油、MTBE与催化
汽油流量比值变化量上限。
3调合模型的建立和问题求解
笔者假设催化汽油和石脑油的氧含量为0
为了求解上述优化问题,需先建立调合汽油
MTBE中的芳烃含量为0。因而,质量指标约束可3种质量指标与组分油的质量指标和流量比值之
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