一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103678734103678734A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201210325857.1(22)申请日2012.09.06(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人耿志强夏立荣崔芸菲(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书10页说明书10页附图9页附图9页(54)发明名称一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法(57)摘要本发明涉及一种石脑油高温蒸汽裂解制取乙烯的分子反应动力学模型-Kumar分子反应动力学模型的调整与参数优化方法，属于乙烯裂解炉流程模拟与生产操作优化工程领域。针对不同石脑油特性组成、炉型结构和操作条件，利用混沌优化方法自适应调节反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调，提高反应模型对不同石脑油的适应性和过程模型的准确性，同时提供了一个实现本发明的软件系统。该方法能够根据不同石脑油特性自动调整Kumar模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，可根据不同炉型结构和操作条件准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布。CN103678734ACN1036784ACN103678734A权利要求书1/2页1.一种石脑油高温蒸汽裂解制乙烯分子反应模型优化方法，其特征在于，针对管式高温蒸汽裂解石脑油Kumar分子反应动力学模型，提出一种混沌优化方法自适应优化调节Kumar反应动力学参数，兼顾碳氢平衡和产物收率误差最小以及二次反应动力学参数微调的调整原则和解决方案，针对不同石脑油特性组成自动调整Kumar分子反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，克服了原有模型对石脑油适应性差的缺点，在优化调整模型的基础上，根据不同炉型结构和操作条件，准确模拟石脑油高温蒸汽裂解过程和产物分布，同时提供了一个实现本发明的软件系统。2.根据权利要求1所述管式高温蒸汽裂解石脑油，其特征在于，所述用于裂解石脑油的乙烯裂解炉为一种管式结构，裂解原料为石脑油，采用高温蒸汽裂解方式。3.根据权利要求1所述一种混沌优化方法，其特征在于，所述混沌优化方法采用帐篷映射作为混沌序列来优化迭代步长，调整Kumar反应动力学模型一次选择性系数和二次反应动力学参数，帐篷映射的结构如式(1)所示，混沌序列迭代步长的优化式为i＝1，...9。4.根据权利要求1所述一次选择性系数调整原则，其特征在于，所述一次反应选择性系数的调整原则包括①碳氢元素守恒，是一次选择性系数调整过程中首先考虑的因素；②产物收率误差最小化，即反应产物的模型理论值与实际值之间的误差最小；③系数合理化，经过调整的系数不过于偏离Kumar模型的初始值，即ai＝[0.58，0.68，0.88，0.1，0.6，0.02，0.035，0.2，0.07，0.09]；将调整原则算式化，得到系数调整算法的目标函数如式(2)与(3)所示，式中，ai即一次反应选择性系数，nHi是各产物的氢原子数，是各产物的实际收率，Pyi是各产物的模型计算收率，REh与REyi分别代表了氢原子平衡与产品收率的相对误差，T1与T2即为相应的目标函数。5.根据权利要求1所述优化调整解决方案，其特征在于，所述一种混沌优化方法进行Kumar分子动力学模型的一次性选择性系统调整和二次反应动力学参数微调的优化调整策略。6.根据权利要求1所述不同炉型结构，其特征在于，所述炉型结构包括CBL型、GK-V型、SW型以及SRT-IV-HS/SRT-V型裂解炉结构。7.根据权利要求1所述一个实现本发明的软件系统，其特征在于，基于一种混沌优化方法自适应调节Kumar分子反应动力学模型参数的优化调整原则与解决方案为核心程序的石脑油高温蒸汽裂解建模软件系统。8.根据权利要求5所述一种混沌优化方法进行Kumar分子动力学模型的一次性选择性系统调整，其特征在于，一次反应的选择性系数调整过程如下：①初始化，首先将原始2CN103678734A权利要求书2/2页Kumar分子反应模型的一次系数ai作为算法初始值，随机产生迭代步长ζi的初始值；②误差计算，将系数代入裂解模型，计算得到相对误差值REh与REyi；③参数优化，将模型计算结果REyi代入式i＝1，...9中，按迭代步长ζ的当前值进行系数更新，如果氢平衡目标函数T1小于既定的阈值ε1(根据精度要求选为0.0001)，结束内层循环，否则继续更新参数；④混沌映射，将满足氢平衡的一次选择性系数再次代入裂解模型，判断目标函数T2是否实现了最小化，如果函数变化量即ΔT2≤ε2(一个合理的阈值)，外层循环终止，整个算法结束