串联型乙炔加氢反应过程的动态优化

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乙烯装置中的乙炔加氢反应系统是将裂解气中的副产品乙炔进一步转化为乙烯产品的过程。为保证烯烃产品的收率,一般选择两个反应器串联操作,确保最后一段反应器无漏炔情况;这是因为随着加氢反应的进行,催化剂的活性和选择性会逐渐下降,而加氢过程中绿油杂质也会影响催化剂的活性从而影响炔烃转化率。加氢反应过程灵敏且属于放热反应,不当控制方式极易引发飞温和乙烯产品质量不合格等问题;两段反应器的催化剂切换再生操作会增加生产成本。现有加氢反应过程的操作条件与切换周期均依赖人工经验设定,难以满足在不同反应器、不同催化剂活性变化的同时,实现整体的经济效益达到最优。  为此,本文针对串联型乙炔加氢反应系统动态优化问题,提出了满足乙炔加氢反应系统效益最优的最佳切换周期以及在该周期下加氢量和入口温度的动态优化方法。在建立了一段、二段乙炔加氢反应系统动态模型的基础上,分析了相关控制变量对产品收率的影响承担;根据串联型乙炔加氢系统实际情况,建立了其动态优化问题的数学描述,考虑到运行周期内催化剂失活特性不可逆情况,提出了反应器入口的增量式编码方法,并在差分进化算法框架下实现了其求解过程。为解决增量编码差分进化算法收敛性不足等缺点,进一步提出了基于约束排名增量编码差分进化算法,提高了原算法的收敛性能和精确性。针对工业碳二加氢串联型反应过程,采用多种优化方案进行对比,验证了本文所述动态优化方法的有效性。
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