甲醇四塔精馏系统的多目标优化

第49卷第6期石油化工自动化2013年12月AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYDecember, 2013甲醇四塔精馏系统的多目标优化施辰斐,赵霞,邵惠鹤(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240)摘要:粗甲醇的精馏是甲醇生产中的高耗能、低能效环节,而变负荷四塔精馏系统具有非线性、强耦合强时延的特点,针对该系统的能耗优化既是生产成本控制和节能减排的重点也是难点。研究当进料负荷、进料质量、出料要求等条件改变时,如何调节系统的控制参数,以达到产品单位能耗和产量多目标的协同优化。实验结果表明单目标优化的单位能耗降低很多,但牺牲了产量;多目标优化的能耗优化效果略逊于单目标,但稳定地提高了产量。关键词:甲醇四塔精馏遗传算法多目标优化节能中图分类号:TP273.1文献标志码:B文章编号:1007-7324(2013)06-0040-03Multi-Objective Optimization of Four-Column Methanol Distillation SystemShi Chenfei. Zhao Xia, Shao huihe(School of Electronic Information and Electric engineeringShanghai Jiaotong University, Shanghai, 200240, China)Abstract: Distillation process is the unit with high energy consumption and low efficiency formethanol production. Load changeable four column distillation system has the characteristics ofnon-linearity, strong coupling and time delay, and energy consumption optimization on thissystem is the key and difficult point for production cost control, energy saving and wastereduction. How to adjust system control parameter to meet multi-objective synergeticoptimization for product unit energy consumption and productivity with change of feeding loadfeeding quality and discharge requirement is studied. Experimental results show that single-objective optimization of the proposed algorithm reduces unit energy consumption sharply withproductivity loss. Multi-objective optimization reduces less unit energy consumption withproductivity stably increasingKey words: four-column methanol distillation; genetic algorithm; multi-objective optimization; energysaving甲醇作为煤化工产业最主要的产品之一和重产经验,存在两大缺点:无法保证能耗与产量的最要的替代能源在当今全球化工市场起着非常重要优;由于系统的滞后性,通常在1~2h后才能测得的作用。精馏是甲醇生产的关键环节,由于精馏处系统稳定后的产品质量。如果参数调节不当,会导于生产环节的末端其性能直接影响着末端产品的致产品质量不达标,造成已有产品的浪费。这两点质量与产量,因而对企业的产量及收益影响重大;都会导致生产成本难以降低,物料与能源的利用率同时由于精馏能耗在总能耗中占比很大,降低精馏难以提高环节的能耗成为企业节约成本与完成节能减排目笔者以文献[1]中提及的上海焦化厂的甲醇四标的重要课题。塔精馏系统为背景,以文献[2-3]中提到的BP神在实际生产中,精馏系统的进料流量、质量等经网络方法建模使用改进的遗传算法求解约束条进料条件会随着上游生产状况发生改变,出料产品件改变时的最优操作变量,实现系统稳定后的单位质量等指标也会依据企业的生产规划发生改变。能耗、流量多目标协同优化当这些条件与约束指标改变时,如何调节精馏系统中国煤化工的控制参数,达到产品单位能耗、产品流量等多个稿件收到日期CNMHG03-08-26目标的整体最优,成为精馏系统控制的研究重点。作者简介:施辰斐(1989),上海交通大学电子信息与电气工程学现有的精馏系统参数调节单纯依靠工人的生院自动化系控制工程专业在读硕土研究生第6期施辰斐等.甲醇四塔精馏系统的多目标优化1工艺流程与系统建模根据系统自由度分析,最后选取4个相互独立甲醇四塔精馏系统的工艺流程如图1所示。的参数作为系统的操纵变量:Q—加压塔的供粗甲醇经换热后进入预精馏塔,脱除轻组分,塔底热,kW/h;k加压塔塔顶采岀的流量与常压塔的高沸点组分经加压后进入加压塔。加压塔塔顶塔顶采出的流量之比;p加压塔塔顶的压力,的气体进人换热器,利用加压塔塔顶和常压塔塔底kPa;qn—常压塔侧线采出的流量,kg/h。的温差,冷凝加压塔塔顶气相,同时给常压塔塔底提综上所述,系统的寻优任务可描述为当进料条供热能。加压塔与常压塔的塔顶馏岀精甲醇产品,件或约束条件发生改变时,寻找最优的操纵变量,一部分回流回塔内。常压塔的侧线抽出物进入甲醇使得2个目标得到协同优化,其数学描述可定义为回收塔抽出杂醇油,废水进入生化系统处理4min.加压塔塔顶、常压塔塔底热交换形成的双效精S.t. Wp(Q,k,p,m2)