精细搜索策略应用于质量交换网络综合

质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种精细搜索策略用于基础算法所得结构的深度优化。该策略包含两种方法,方法1采用具有个体回代与分化的高精度强制进化随机游走算法,可保留个体结构变异能力;方法2采用确定性方法依次对多维目标函数中的每个变量进行一维搜索,具有精度高收敛快的优点。将该策略应用于焦炉气脱硫和空气除氨算例,得到的结果分别为407308 USD·a^-1和127807 USD·a^-1,经济性优于现有文献中的结果,验证了本策略的有效性。     

基于节点配置策略的有分流换热网络优化性能探析

应用节点非结构模型（nodes-based non-structural model,NNM）优化换热网络时,合理地配置节点参数（分流组数和分支数）可辅助算法以更高的效率获得更优的结果。然而,NNM模型的设置中,所有热流股共用一组节点参数,所有冷流股共用一组节点参数,因此无法定制化地满足每一个流股对分流的需求。为提高网络中节点的利用率,本文提出了节点配置策略。该策略可根据流股热容流率对流股上的分支数及其组数进行调整,减少无效结构对优化的阻碍,使算法在优化初期快速获得潜在优势结构,提升优化质量。通过10SP和15SP算例验证策略的有效性,所获结果比文献最优结果分别低340USD/a和2285USD/a,且低于同参数下无该节点配置策略的NNM模型所获结果,从算例分析可知该策略可有效辅助提升算法的优化性能,以获取更优的优化结果。     

基于局部搜索策略的混合算法同步综合换热网络

针对复杂换热网络混合整数非线性问题,提出了一种由混沌蚁群算法、局部搜索策略和结构进化策略组成的混合算法,同步综合换热网络。首先采用混沌蚁群算法初步优化换热网络,蚂蚁个体根据混沌搜索机制遍历整个求解域。随后引入Powell法作为局部搜索策略,加强蚂蚁个体的局部搜索能力。最后结合结构进化策略,限制算法的搜索空间,优化蚂蚁个体表示的换热网络结构,并将优化后的信息反馈。蚂蚁会根据自身、邻居和反馈的信息作进一步搜索,直到算法收敛于全局最优解。通过算例对算法进行验证,结果表明,混沌搜索机制使混合算法具有很好的全局搜索能力;Powell法加强了算法的局部搜索能力,提高了求解精度;结构进化策略能够有效地缩减搜索区间,提高搜索效率。所以混合算法能够很好地兼顾处理连续变量和整型变量,适用于换热网络综合。     

独山子石化公司稀土顺丁橡胶量产

2013年8月14日,中国石油独山子石化公司1.5万t·a^-1稀土顺丁橡胶工业化连续生产成功,产品填补了国内空白。该项目应用中国石油与中国科学院长春应用化学研究所共同开发的具有独立自主知识产权的稀土顺丁橡胶技术。项目组通过对现有3万t·a^-1镍系顺丁橡胶装置的技术和催化剂体系改造,应用分子设计优化催化剂配方,改进搅拌方式,解决了生产中搅拌困难、凝聚负荷大、催化剂消耗高、能耗物耗高、连续化稳定生产难等问     

优化反应器数量实现HPPO装置节能减碳

采用中石化自动切换串联反应器模式专利技术,反应器切换时间从120～300s降低到0.1s。应用修正质量生成焓,反应器数量2～12台,折算综合能耗降低23.65～851.32 tce·a^-1,折算二氧化碳减排86.71～3121.51 tCO₂·a^-1。随着反应器数量增加,综合能耗降低量和二氧化碳减排量提高幅度62.48%。今后应重点解决HPPO装置“工程放大效应”问题,研究开发大型HPPO装置以进一步节能减碳。     

采用结构保护策略的强制进化随机游走算法优化换热网络

鉴于强制进化随机游走算法（random walk algorithm with compulsive evolution, RWCE）在优化换热网络时可能出现有潜力结构被差解代替,提出了一种结构保护策略,增加一个与原种群平行进化的新种群,新种群执行结构保护,个体与原种群一一对应并接收其当前最优解,同时采用一种降维邻域搜索的进化方式,设置个体各维变量更新概率确定搜索维数,充分挖掘个体结构进化潜力,提升了算法的局部搜索能力;原种群则沿用RWCE的主要操作,保留了较强的全局搜索能力。将采用结构保护策略的RWCE算法用于有分流换热网络优化,取得了优于现有文献的结果。     

采用结构保护策略的强制进化随机游走算法优化换热网络

鉴于强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)在优化换热网络时可能出现有潜力结构被差解代替,提出了一种结构保护策略,增加一个与原种群平行进化的新种群,新种群执行结构保护,个体与原种群一一对应并接收其当前最优解,同时采用一种降维邻域搜索的进化方式,设置个体各维变量更新概率确定搜索维数,充分挖掘个体结构进化潜力,提升了算法的局部搜索能力;原种群则沿用RWCE的主要操作,保留了较强的全局搜索能力。将采用结构保护策略的RWCE算法用于有分流换热网络优化,取得了优于现有文献的结果。     

硫酸法烷基化工艺在荆门石化的工业应用

中国石化石油化工科学研究院开发的SINOALKY硫酸法烷基化技术在中国石化荆门石化分公司进行了工业应用。200 kt·a^-1烷基化工业装置在未满负荷条件下,烷基化油辛烷值(RON)达到96.6~97.0,酸耗为95 kg·t^-1。该装置具有反应工艺流程简单、操作简单、设备易维护、酸耗低、产品质量稳定的特点。     

具有步长调整策略的强制进化随机游走算法优化换热网络

强制进化随机游走算法(random walking algorithm with compulsive evolution,RWCE)是一种优化换热网络的新方法,具有程序简单、算法适应性和全局搜索能力较强等优点。本文研究了最大步长对RWCE算法优化性能的影响,提出了抛物线函数的最大步长递减调整策略来平衡RWCE算法的全局搜索与局部搜索能力。将引入策略的RWCE算法与基础算法比较,发现加入最大步长递减调整策略的RWCE算法与基础RWCE算法相比,在进化后期能够跳出局部极小值,具有更强的局部搜索能力。采用10SP2、9SP和15SP换热网络实例检验加入此策略RWCE算法的有效性,其中10SP2和9SP算例的优化结果均好于文献最好结果,相比算例原始文献下降了20.98%和1.11%。对15SP算例优化找到了新的换热网络匹配结构,并好于多数无分流换热网络优化结果,且低于文献结果 4.60%,证明了此方法在换热网络优化中具有较强的优化能力。     

EPDM/PVDF阳离子交换膜的制备

本文采用EPDM、PVDF、苯乙烯和二乙烯基苯为原料，浓硫酸为磺化剂，制备出具有互穿网络结构的阳离子交换膜。通过研究，对比不同品牌不同型号EPDM、共混基材比例、基材与苯乙烯比例、磺化时间和磺化温度对膜性能的影响。优化后的EPDM阳离子交换膜具有良好的综合性能：交换容量1.8～2.0 mol/kg，面电阻为5～6Ω·cm²，溶质扩散系数5～6×10^-3 mmol/(cm²·h·mol·L^-1)，其在电渗析过程中展现出的低电阻、低能耗和较高的电流效率，使得EPDM阳离子交换膜具备潜在的竞争优势。     

空冷凝汽器灰垢费用评估与最佳清洗周期优化

空气悬浮颗粒物易积聚在空冷凝汽器（空冷器）翅片通道内形成灰垢,其低导热性严重降低了空冷器换热性能,影响空冷机组安全性和热经济性。以灰垢造成年累计损失费用最小为目标,基于产品损失和清洗维护费,提出一种空冷器灰垢最佳清洗周期优化算法,联合冗余面积费,构建灰垢费用评估计算模型,以某600 MW直冷机组参数为例,通过现场在线监测的实验数据建立灰垢热阻的降率预测模型。实例分析表明：600 MW直冷机组最佳清洗周期为28.3 d,年均清洗8次,单位容量机组年累计灰垢费用为4528.3元·MW^-1·a^-1,2014年底全国直冷机组1.43亿千瓦计,年累计灰垢费用为6.48亿元·a^-1,与当前现场年均清洗2次工况比较,最佳清洗周期优化后可节约2868.1元·MW^-1·a^-1,全国年累计节约灰垢费用4.1亿元·a^-1。     

采用结构融合策略优化换热网络

利用强制进化随机游走算法优化换热网络至后期时,个体网络结构基本定型,很难再被破坏或改变,潜在进化能力难以发挥作用,无法求解出更优结构。基于此,探究个体进化过程中的结构变化特性,分析后期结构优化的重心所在,提出结构融合策略,将两个个体结构融合到一起,形成新个体,放大原个体结构进化潜力。对新个体进行优化,其结构中所有换热单元互相竞争,引导结构进化潜力发挥作用,保留有益于结构进化的换热单元,淘汰阻碍结构进化的换热单元,生成部分新换热单元,促进个体进化形成更优换热网络结构。最后应用两个算例验证该策略的有效性,取得了可观的优化效果。     

具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极

利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS₂@碳纤维（FeS₂@CFs）薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g^-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。     

生物基1， 3-丙二醇连续发酵过程的稳态分析与反馈控制

生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的自动化控制是其工业化应用亟待解决的关键问题。首先,采用数学函数连续性分析深入研究了克雷伯氏杆菌连续发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的多稳态特性。在不同的初始甘油浓度或稀释速率下,系统均会出现多稳态现象,通过双因素分析确定了多稳态出现的临界区域,该区域内部的稳态是不稳定的。之后,基于反馈控制理论和多稳态分析结果,设计优化了受残余甘油和产物浓度影响的稀释速率控制策略。在连续发酵过程中,调整时间从81.27 h缩短到34.11 h,显著提高了发酵初期阶段甘油的利用率;同时甘油转化率由0.478 mmol·mmol^-1提高至0.563 mmol·mmol^-1,生产强度由85.70 mmol·L^-1·h^-1提高到101.10 mmol·L^-1·h^-1,显著提高了生产性能。     

面向反应再生过程的量子粒子群多目标优化

针对催化裂化反应再生过程难以有效解决提升效率、降低损耗、减少排放的多目标优化问题，利用改进的多目标量子粒子群算法进行求解。建立轻油收率、焦炭产率和硫化物排量的多目标优化模型；引入拥挤熵排序更新外部档案，精确估计非支配解集分布性；构造自适应因子以动态调整吸引子，平衡算法的收敛性和多样性；再引入高斯变异进行分段式扰动，增强算法的局部搜索精度，最后求解该优化模型。对某厂催化裂化进行实验，得到轻质油吸收率76.22%，焦炭产率5.72%和硫化物排放量626 mg/m³的结果，均优于其他比较算法，表明改进后的算法可以快速、准确地获得分布均匀的 Pareto 最优解，能有效解决反应再生过程多目标优化问题。     

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^-1,平均流速由0.0248 m·s^-1增至0.102 m·s^-1,超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^-4 m²·s^-2增大至0.01847 m²·s^-2,表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^-2·K^-1增大至2031.069 W·m^-2·K^-1,传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。     

WGS法烟气脱硫技术在RFCC装置上的应用

介绍中国石油大庆石化公司炼油厂1.0 Mt·a~(-1)重油催化裂化装置对WGS烟气脱硫技术的应用和优化情况。结果表明,WGS工艺脱硫、脱尘效果显著,净化后烟气中SO2平均含量由167 mg·m~(-3)降至5 mg·m~(-3),颗粒物平均含量由55 mg·m~(-3)降至4 mg·m~(-3),优于规定的排放烟气SO_2浓度≤200 mg·m~(-3)以及颗粒物浓度≤50 mg·m~(-3)标准。每年减少SO_2排放量170 t和颗粒物排放量54 t,大大改善了空气质量。     

A computerized and integrated approach for heat exchanger network design in multipurpose batch plants

Significant savings in the utility cost of batch plants can be obtained by heat integration. In this study, an integrated mathematical programming approach is developed for the determination of the cost optimal heat exchanger network for multipurpose batch chemical plants. A single step, interactive computer program (BatcHEN) which is developed for the determination of the campaigns (i.e. the set of products which can be produced simultaneously), the heat exchange areas of all possible heat exchangers in the campaigns and finally the heat exchanger network are all discussed. A matrix search algorithm is used for the determination of the campaigns. Heat exchange areas for the possible heat exchangers are found by solving a nonlinear optimization model with a grid search algorithm. Finally the heat exchanger network optimization is modeled as a mixed integer linear programming problem and then solved by the modeling and optimization software GAMS/XA.