论文摘要
随着石油化工生产过程的日益复杂,为确保其安全、稳定、高效地运行,针对具体生产装置的建模、流程模拟和运行优化得到越来越广泛的应用,并逐渐成为装置先进控制和最佳运行等工作实施不可或缺的重要基础和工具,带来了显著的经济和社会效益。本文结合某石化企业聚乙烯生产过程的监控系统开发项目,对其中涉及到的聚合反应过程模型分析和流程模拟进行了研究,并利用现场运行数据和装置参数对研究内容进行了验证计算,解决了一些关键的技术问题。本文的大部分研究结果已经成功应用于工业现场,取得了较好效果。本文的主要研究内容与研究成果如下:(1)综述了聚合生产过程机理建模、流程模拟和牌号切换等研究方向的现状、研究内容和发展趋势,指出了本文的研究内容和方法;(2)首先从制备工艺与产品性能、气相法聚乙烯工艺新发展等方面讨论了国内外聚乙烯工业发展状况,然后进行了乙烯气相聚合反应动力学模型分析,包括基元反应模型和动力学参数选择。在此基础上,给出了气相法聚乙烯生产的动态模型,并按照聚合物质量的表征的要求进行了聚合过程的操作变量分析。最后,推导了产品质量的瞬时模型和累积模型,并进行了模型参数的多元非线性回归计算;(3)以气相流化床的UNIPOL聚乙烯工艺为研究背景,运用Aspen流程模拟工具,建立了单中心反应动力学模型和多中心反应动力学模型,实现了LLDPE装置全流程模拟。经比较,模拟计算结果与装置实际数据具有很好的一致性。根据流程模拟结果,分析了氢气/乙烯比和分子量(熔融指数)的关系,为实际装置运行提供了依据;(4)利用Aspen Dynamics软件模拟LLDPE牌号切换,首先建立一个稳态的模拟模型,然后根据稳态模型建立动态模拟模型,以牌号1和牌号2为例,进行产品牌号切换方案的设计并实施牌号切换动态模拟过程。通过三种切换方案的比较,得到较好的切换方案3,该方案使熔融指数从牌号1达到牌号2的时间最短,而且切换过程非常平稳,产品质量的波动小,达到了切换方案优化的预期目的。(5)以Unipol气相流化床聚乙烯生产装置为应用背景,研究了计算机集成监控系统构架和系统设计问题,该系统已经成功应用于工业现场。最后,总结本文的研究成果,展望进一步研究的内容和前景。