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)副校長錢鋒等人申請的專利——“一種工業(yè)聚酯生產(chǎn)過程的智能建模方法”開始公示。這是一種工業(yè)聚酯生產(chǎn)過程的智能建模方法，也是該研究團隊在大型石化裝置智能控制與工藝優(yōu)化操作領(lǐng)域取得的又一項成果。

    十幾年來，在國家自然科學(xué)基金等項目的支持下，該研究團隊在錢鋒的帶領(lǐng)下，兩次獲得國家科技進步獎二等獎，已完成16項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國家發(fā)明專利技術(shù)（其中授權(quán)8項、公開8項）。

    多“兵種”合作為創(chuàng)新

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

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

    當時國內(nèi)PTA制造企業(yè)面臨兩個選擇，一是研究開發(fā)PTA裝置成套國產(chǎn)化技術(shù)，形成自主知識產(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。面對國內(nèi)石化企業(yè)的迫切需求，顯然，采用先進信息技術(shù)——工業(yè)過程建模技術(shù)、先進控制技術(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)過程物耗、能耗是投資少、見效快的首選。但這面臨著一些關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸：需要研究開發(fā)工藝機理、建立過程模型、實施優(yōu)化控制等。

    華東理工大學(xué)多年來在國家自然科學(xué)基金的資助下，圍繞以信息化帶動工業(yè)化，采用自動化技術(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的基礎(chǔ)。錢鋒帶領(lǐng)的創(chuàng)新團隊集聚了來自化學(xué)工程、系統(tǒng)工程、機械工程、自動化、計算機等多個不同專業(yè)的人才，多“兵種”合力作戰(zhàn)，一場研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PTA生產(chǎn)過程優(yōu)化控制技術(shù)的“戰(zhàn)役”揭開了序幕。

    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)過程的內(nèi)在機理特性，綜合應(yīng)用自動化技術(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)測控制等技術(shù)，先后對石油化工兩大“龍頭”裝置——大型乙烯生產(chǎn)裝置和大型精對苯二甲酸生產(chǎn)裝置的智能建模、先進控制與優(yōu)化操作，進行了廣泛深入的應(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年開始，該技術(shù)先后在中國石化揚子石油化工股份有限公司、中國石化齊魯股份有限公司、中國石化集團洛陽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)裝置的長期運行考核表明了此項技術(shù)能夠進一步穩(wěn)定和優(yōu)化乙烯和PTA裝置的生產(chǎn)操作，使生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工藝操作指標處于最佳運行狀態(tài)。研制的建模、控制與優(yōu)化技術(shù)和軟件具有操作簡單方便、工作方式靈活、人機界面友好等優(yōu)點。

    獨創(chuàng)“一線工作法”

    石化是個高投資、高效益的產(chǎn)業(yè)，若停產(chǎn)幾分鐘就會造成上百萬元的損失，所以企業(yè)不允許在設(shè)備上做實驗。

由于沒有現(xiàn)成的資料，也沒有前人的經(jīng)驗可以借鑒。面對復(fù)雜的工藝機理，研究人員只能根據(jù)生產(chǎn)的工藝機理和規(guī)律，通過計算機進行模擬、推算。“一旦計算結(jié)果不準確，不但影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴重的甚至涉及生產(chǎn)安全，危險性很高。因此，我們一般會設(shè)計很多種調(diào)整方案，充分聽取企業(yè)的操作、技術(shù)、工程等人員的意見，再修改、再計算、再調(diào)整……”錢鋒說。

    由于長期和企業(yè)技術(shù)、工程人員“泡”在一起，對方案進行再計算、修改、再調(diào)整，錢鋒總結(jié)出了研究工作的“一線工作法”。其核心就是強調(diào)科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)講求勤奮、求實，實實在在“沉”在現(xiàn)場。錢鋒說：“搞控制，首先要了解生產(chǎn)工藝特性，而這些是坐在實驗室里無法學(xué)到的?！?/P>

    在PTA項目研究的攻堅階段，錢鋒按照工業(yè)裝置工程應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和實際生產(chǎn)過程的特點，把團隊分成幾個工程小組，分別開展對二甲苯氧化反應(yīng)過程智能化工藝機理模型、PTA生產(chǎn)過程系列產(chǎn)品質(zhì)量指標軟測量模型、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化操作系統(tǒng)、對二甲苯氧化反應(yīng)過程智能控制系統(tǒng)、溶劑脫水塔智能多變量預(yù)測控制系統(tǒng)、漿料濃度智能預(yù)測控制系統(tǒng)、PTA產(chǎn)品結(jié)晶過程智能控制系統(tǒng)等幾個子項的研發(fā)工作。

    2007年，錢鋒負責(zé)的“大型精對苯二甲酸生產(chǎn)過程智能建模、控制與優(yōu)化技術(shù)”第二次獲得國家科技進步獎二等獎。

    需求是創(chuàng)新的動力

    2007年6月，錢鋒等研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的乙烯生產(chǎn)先進控制技術(shù)，已被中國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)與揚子石油化工股份有限公司聯(lián)合申請的國家發(fā)明專利“一種對二甲苯液相催化氧化反應(yīng)動力學(xué)模型的建模方法”獲上海市發(fā)明創(chuàng)造專利獎一等獎。這是錢鋒作為專利第一發(fā)明人，第二次獲得上海市發(fā)明創(chuàng)造專利獎發(fā)明專利一等獎。而該獎項的主要評選標準是近3年經(jīng)濟效益及技術(shù)含金量。

    談到這個研究團隊取得的一系列創(chuàng)新成果時，錢鋒說，企業(yè)需求是創(chuàng)新的動力。