摘 要

在炼厂石油的二次加工过程中，催化裂化（FCC）作为将渣油、蜡油、脱沥青油、抽余油等重油转化为干气、液化石油气（LPG）、稳定汽油、轻柴油等高价值轻质产品的重要途径，考虑到当今社会经济发展的迫切需求，其装置收率亟待提高。而催化裂化吸收稳定系统操作的优劣在很大程度上影响了催化裂化装置的产品收率。因此，研究催化裂化吸收稳定系统的模拟与优化具有极其重要的意义。

本文催化裂化吸收稳定系统的模拟与优化研究主要内容有以下几点：

（1）阐述了催化裂化吸收稳定系统的研究背景、工艺流程及其研究进展；

（2）应用流程模拟软件Aspen Plus对催化裂化吸收稳定系统进行整体流程模拟与分析，使各项工艺操作参数模拟值与实际工况值基本吻合，为下一步工作奠定了基础；

（3）在上一步准确模拟的基础上，以各产品质量工艺控制指标为约束，以稳定汽油收率为目标建立了单目标最优化模型。应用均匀实验设计方法与约束坐标轮换算法求解最优化模型。对优化结果进行分析，发现目标产物产率得到大幅提高，为催化裂化吸收稳定系统的设计与操作优化提供了重要参考。

关键词：催化裂化吸收稳定系统；流程模拟与优化；均匀实验设计；约束坐标轮换算法

Abstract

In the secondary processing of oil refining industry, fluid catalytic cracking (FCC) is a significant method to transform heavy oil such as residue, VGO, deasphalted oil, raffinate to high-value light oil products such as dry gas, liquefied petroleum gas (LPG), stable gasoline, diesel and so on. Considering the urgent needs of today's economic development, it is important to improve the yield of light products of FCC unit. The absorption-stabilization process play a key role in determining the yield of light products of FCC unit. Therefore, it is vital to simulate and optimize the absorption-stabilization process of FCC unit.

This paper mainly describes the contents of the following points about simulation and optimization of FCC absorption-stabilization system:

（1）Introduced the research background and significance of FCC absorption-stabilization system;

（2）Simulated and analysed FCC absorption-stabilization system using powerful process simulation software Aspen Plus, and the results agree well with the actual conditions in the refinery, established the basis for the further work successfully;

（3）On the basis of simulation, established the objective model of maximizing the yield of product(stabilized gasoline) of FCC absorption-stabilization system with constraints including stabilized gasoline ASTM D86 cut point 100%, light diesel ASTM D86 cut point 95%, dry gas C₃ volume fraction, liquefied petroleum gas C₂, C₅ volume fraction in consideration of multi-product plans. After using the uniform experimental design and constrained coordinate rotation algorithm to solve the model, the result reveals that the yield of product has been increased significantly. This paper provides reference for FCC unit in design and operation optimization.

Key Words： FCC absorption-stabilization system； process simulation and optimization； uniform experimental design; constrained coordinate rotation algorithm

目 录

第一章 绪论 7

1.1 前言 7

1.2 催化裂化反应概述 7

1.2.1 催化裂化反应的原料 8

1.2.2 催化裂化反应的反应特点 9

1.2.3 催化裂化反应的反应机理 9

1.2.4 催化裂化反应的产品及评价方式 10

1.3 催化裂化吸收稳定系统概述 11

1.3.1催化裂化装置整体概述 11

1.3.2吸收稳定系统概述 11

1.4 本文研究内容 15

第二章 催化裂化吸收稳定系统的流程模拟 17

2.1 建立模拟流程 17

2.2 物性方法及模块的选择 18

2.2.1物性方法的选择 19

2.2.2模块的选择 19

2.3 吸收稳定系统流程模拟 20

2.3.1吸收稳定系统流程模拟策略 20

2.3.2模拟结果分析 25

第三章 催化裂化吸收稳定系统的优化 27

3.1 吸收稳定系统的优化概述 27

3.2 优化算法在催化裂化装置上的应用 27

3.3 约束优化方法概述 27

3.4 优化模型的建立 29

3.5 优化模型的求解 30

3.6 搭建MATLAB与Aspen Plus集成平台 32

3.7 优化结果及分析 34

3.8 本章小结 35

第四章 结论与展望 36

4.1 结论 36

4.2 展望 36

参考文献 36

致谢 39

第一章 绪论

1.1前言

石油是工业的血液，是现代工业发展必不可少的能源之一。同时石油作为极其重要的能源物质，也是生产众多化工产品的主要原料。经过多年的发展，我国石油化工行业己经形成一套比较完善且具备一定竞争实力的产业体系，其中包括从勘探开发、油气集输、长途输转、炼油到生产化工产品等各个环节，是国家经济发展的支柱产业之一，行业利润约占全国国有企业总利润的四分之一^[1]。

基于国内市场的需求和来自国际同行的竞争压力，我国石化企业需要不断提升企业生产和管理水平，一方面需要进行工艺技术创新与生产装置升级改造，另一方面需要在企业内部推广信息化技术。石油化工过程的信息化主要基于综合自动化技术，比如过程模拟与优化、优化调度、先进控制、软测量等技术。如何应用好这些自动化技术的关键在于所建立的模型能否准确适用，因此石油化工过程建模是一个重要的研究课题。

资源能源危机爆发以来，市场对石油产品的质量和产量提出了更高的要求，期望从重油、渣油中更多的得到轻质产品^[2]。而原油劣质化的趋势日益加重，重质高硫原油的产量占世界原油总产量的大部分。石油因其成分复杂的特点，必须经过分离后才能进行进一步的利用。根据加工工序进行分类，将原油的加工过程分为一次加工和二次加工。在一次加工过程中，进行原油的常减压蒸馏过程，得到的产品有：直馏汽油、柴油、航空煤油和渣油等。在二次加工过程中，以原油蒸馏产品（渣油、脱沥青油、抽余油等重油）为原料进行其他处理，主要包括以下工艺过程：催化裂化（FCC）、热裂化、加氢裂化（HC）、加氢处理以及气体分离。其中，催化裂化又是原油二次加工中最重要的加工过程，通过催化裂化工艺（FCC）可以得到汽油、柴油和液化气等产品^[3]。