PTA優(yōu)化控制技術(shù)在石油化工行業(yè)得到應(yīng)用

    今年8月，華東理工大學(xué)副校長(zhǎng)錢(qián)鋒等人申請(qǐng)的專利——“一種工業(yè)聚酯生產(chǎn)過(guò)程的智能建模方法”開(kāi)始公示。這是一種工業(yè)聚酯生產(chǎn)過(guò)程的智能建模方法，也是該研究團(tuán)隊(duì)在大型石化裝置智能控制與工藝優(yōu)化操作領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)成果。

    十幾年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下，該研究團(tuán)隊(duì)在錢(qián)鋒的帶領(lǐng)下，兩次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，已完成16項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)（其中授權(quán)8項(xiàng)、公開(kāi)8項(xiàng)）。

    多“兵種”合作為創(chuàng)新

    石油化工是關(guān)系到工業(yè)發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略安全的基礎(chǔ)行業(yè)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。然而幾年前，我國(guó)這一領(lǐng)域在制造裝備方面卻高度依賴進(jìn)口，整體技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平之間差距較大，普遍存在著國(guó)產(chǎn)化程度低，消化、吸收、創(chuàng)新不夠的問(wèn)題。

    精對(duì)苯二甲酸（簡(jiǎn)稱PTA）是生產(chǎn)聚酯的重要原料，它與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，隨著聚酯國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的突破，聚酯產(chǎn)量激增，帶動(dòng)了對(duì)其上游PTA產(chǎn)品需求的急劇擴(kuò)張；但國(guó)內(nèi)PTA產(chǎn)品一直存在較大的供需缺口，進(jìn)口依存度很高，成為聚酯產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的“瓶頸”。由于我們沒(méi)有掌握核心技術(shù)，引進(jìn)PTA裝置的生產(chǎn)操作遠(yuǎn)未達(dá)到最優(yōu)工況，能耗、物耗及產(chǎn)能與國(guó)外先進(jìn)工藝技術(shù)相比存在不小的差距，PTA產(chǎn)品在價(jià)格、質(zhì)量上處于明顯劣勢(shì)。

    當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)PTA制造企業(yè)面臨兩個(gè)選擇，一是研究開(kāi)發(fā)PTA裝置成套國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PTA生產(chǎn)技術(shù)；二是用高新技術(shù)改造和提升現(xiàn)有PTA生產(chǎn)技術(shù)，提升工業(yè)裝置生產(chǎn)能級(jí)。面對(duì)國(guó)內(nèi)石化企業(yè)的迫切需求，顯然，采用先進(jìn)信息技術(shù)——工業(yè)過(guò)程建模技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、優(yōu)化操作技術(shù)等改造、提升現(xiàn)有PTA生產(chǎn)裝置，降低生產(chǎn)過(guò)程物耗、能耗是投資少、見(jiàn)效快的首選。但這面臨著一些關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸：需要研究開(kāi)發(fā)工藝機(jī)理、建立過(guò)程模型、實(shí)施優(yōu)化控制等。

    華東理工大學(xué)多年來(lái)在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，圍繞以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，采用自動(dòng)化技術(shù)提升大型石化裝置的生產(chǎn)技術(shù)水平方面打下了不錯(cuò)的基礎(chǔ)。錢(qián)鋒帶領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)集聚了來(lái)自化學(xué)工程、系統(tǒng)工程、機(jī)械工程、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等多個(gè)不同專業(yè)的人才，多“兵種”合力作戰(zhàn)，一場(chǎng)研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PTA生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)的“戰(zhàn)役”揭開(kāi)了序幕。

    他們應(yīng)用“集成創(chuàng)新、系統(tǒng)優(yōu)化”策略，緊密結(jié)合石油化工生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理特性，綜合應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、化學(xué)工程與工藝技術(shù)以及專家系統(tǒng)控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制等技術(shù)，先后對(duì)石油化工兩大“龍頭”裝置——大型乙烯生產(chǎn)裝置和大型精對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)裝置的智能建模、先進(jìn)控制與優(yōu)化操作，進(jìn)行了廣泛深入的應(yīng)用基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用技術(shù)研究。從1998年開(kāi)始，該技術(shù)先后在中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工股份有限公司、中國(guó)石化齊魯股份有限公司、中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工總廠等多家公司的PTA裝置上成功應(yīng)用示范。

    工業(yè)裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行考核表明了此項(xiàng)技術(shù)能夠進(jìn)一步穩(wěn)定和優(yōu)化乙烯和PTA裝置的生產(chǎn)操作，使生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵工藝操作指標(biāo)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。研制的建模、控制與優(yōu)化技術(shù)和軟件具有操作簡(jiǎn)單方便、工作方式靈活、人機(jī)界面友好等優(yōu)點(diǎn)。

    獨(dú)創(chuàng)“一線工作法”

    石化是個(gè)高投資、高效益的產(chǎn)業(yè)，若停產(chǎn)幾分鐘就會(huì)造成上百萬(wàn)元的損失，所以企業(yè)不允許在設(shè)備上做實(shí)驗(yàn)。

由于沒(méi)有現(xiàn)成的資料，也沒(méi)有前人的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。面對(duì)復(fù)雜的工藝機(jī)理，研究人員只能根據(jù)生產(chǎn)的工藝機(jī)理和規(guī)律，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬、推算?！耙坏┯?jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，不但影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴(yán)重的甚至涉及生產(chǎn)安全，危險(xiǎn)性很高。因此，我們一般會(huì)設(shè)計(jì)很多種調(diào)整方案，充分聽(tīng)取企業(yè)的操作、技術(shù)、工程等人員的意見(jiàn)，再修改、再計(jì)算、再調(diào)整……”錢(qián)鋒說(shuō)。

    由于長(zhǎng)期和企業(yè)技術(shù)、工程人員“泡”在一起，對(duì)方案進(jìn)行再計(jì)算、修改、再調(diào)整，錢(qián)鋒總結(jié)出了研究工作的“一線工作法”。其核心就是強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)講求勤奮、求實(shí)，實(shí)實(shí)在在“沉”在現(xiàn)場(chǎng)。錢(qián)鋒說(shuō)：“搞控制，首先要了解生產(chǎn)工藝特性，而這些是坐在實(shí)驗(yàn)室里無(wú)法學(xué)到的。”

    在PTA項(xiàng)目研究的攻堅(jiān)階段，錢(qián)鋒按照工業(yè)裝置工程應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，把團(tuán)隊(duì)分成幾個(gè)工程小組，分別開(kāi)展對(duì)二甲苯氧化反應(yīng)過(guò)程智能化工藝機(jī)理模型、PTA生產(chǎn)過(guò)程系列產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)軟測(cè)量模型、生產(chǎn)過(guò)程智能優(yōu)化操作系統(tǒng)、對(duì)二甲苯氧化反應(yīng)過(guò)程智能控制系統(tǒng)、溶劑脫水塔智能多變量預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)、漿料濃度智能預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)、PTA產(chǎn)品結(jié)晶過(guò)程智能控制系統(tǒng)等幾個(gè)子項(xiàng)的研發(fā)工作。

    2007年，錢(qián)鋒負(fù)責(zé)的“大型精對(duì)苯二甲酸生產(chǎn)過(guò)程智能建模、控制與優(yōu)化技術(shù)”第二次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

    需求是創(chuàng)新的動(dòng)力

    2007年6月，錢(qián)鋒等研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的乙烯生產(chǎn)先進(jìn)控制技術(shù)，已被中國(guó)石油化工股份有限公司確定在上海石化、齊魯分公司、茂名分公司、廣州分公司、中原石化、東方石化、天津石化等8家單位的乙烯裝置上推廣應(yīng)用。

    2008年，華中理工大學(xué)與揚(yáng)子石油化工股份有限公司聯(lián)合申請(qǐng)的國(guó)家發(fā)明專利“一種對(duì)二甲苯液相催化氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的建模方法”獲上海市發(fā)明創(chuàng)造專利獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這是錢(qián)鋒作為專利第一發(fā)明人，第二次獲得上海市發(fā)明創(chuàng)造專利獎(jiǎng)發(fā)明專利一等獎(jiǎng)。而該獎(jiǎng)項(xiàng)的主要評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)是近3年經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)含金量。

    談到這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)取得的一系列創(chuàng)新成果時(shí)，錢(qián)鋒說(shuō)，企業(yè)需求是創(chuàng)新的動(dòng)力。