一种分子级渣油加氢模型的通用化构建方法与流

本发明涉及石油炼化渣油加氢装置模拟领域，尤其涉及一种分子级渣油加氢模型的通用化构建方法。背景技术：1、渣油加氢技术是提高重质馏分油转化效率的重要手段。为了炼厂适应未来市场需要的重要技术要求，开发渣油加氢装置机理模型，模拟各类石油分子在加氢过程中的转化过程，并用以计算最优操作方案，提升产品质量和经济效益，对炼厂生产具有重要的意义。目前，针对重质油加氢的机理模型被不断开发，并用来对产品收率和性质进行预测。但传统的集总模型使用若干虚拟组分模拟石油分子，当原料性质波动较大时，难以准确反映原料油中各类石油分子含量对反应过程的影响，从而无法准确预测反应结果。2、目前的主要加氢工艺较为丰富，包括固定床加氢、移动床加氢、沸腾床加氢、浆态床加氢，根据原料和炼厂需求，反应器的串联并联和是否有循环流股也有不同设置。现有的加氢机理模型往往仅针对固定工艺，用户难以对不同工艺过程进行模拟和探索。3、因此，亟需一种渣油加氢模型的构建方法，可以对加氢装置模型进行模块化开发，从而实现对不同工艺过程进行建模。技术实现思路1、本发明提供了一种分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，可以对不同工艺下的加氢模型进行建模。2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，包括：3、采集若干工况下的进料油品和工艺设备信息，对所述若干工况下的进料油品进行分析处理获得进料油品的分子数据，并根据所述进料油品的分子数据构建基础资源库；其中，所述基础资源库包括分子信息参比库、分子及分子物性库和反应规则库；4、根据所述基础资源库构建分子解析模块、反应网络生成模块、反应器基础求解器生成模块、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块；5、根据所述工艺设备信息获取当前工艺类型并生成拓扑结构体，调用所述反应器基础求解器生成模块并根据所述拓扑结构体生成反应器求解器；其中，所述工艺类型包括固定床加氢、移动床加氢、沸腾床加氢和浆态床加氢；6、通过调用所述分子解析模块和反应网络生成模块，并拼接所述反应器求解器、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，构建当前工艺类型下的渣油加氢机理模型。7、本发明实施例的有益效果为：8、本发明实施例根据基础资源库构建分子解析模块、反应网络生成模块、反应器基础求解器生成模块、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，并根据获取的工艺设备信息获取当前工艺类型和生成拓扑结构体，调用所述反应器基础求解器生成模块并根据所述拓扑结构体生成反应器求解器，最后根据反应器求解器和生成的若干个模块构建渣油加氢机理模型，本发明通过模块化建设获得若干个模块，并根据所获得的若干个模块，可以对渣油加氢装置的不同工艺进行建模，扩充加氢模型的建模类型，获得的不同工艺下的加氢模型有助于用户对不同加氢工艺过程进行模拟和探索。9、作为优选方案，采集若干工况下的进料油品和工艺设备信息，对所述若干工况下的进料油品进行分析处理获得进料油品的分子数据，并根据所述进料油品的分子数据构建基础资源库，包括：10、采集若干工况下的进料油品进行质谱分析，并获取进料油品的分子组成信息；11、根据所述分子组成信息构建分子信息参比库。12、作为优选方案，采集若干工况下的进料油品和工艺设备信息，对所述若干工况下的进料油品进行分析处理获得进料油品的分子数据，并根据所述进料油品的分子数据构建基础资源库，还包括：13、获取蜡油核心，并使用结构单元向量表示所述进料油品的石油分子；14、根据热裂解反应机理制定渣油核心生成规则；15、基于所述渣油核心生成规则，根据所述蜡油核心生成渣油分子；16、对所述渣油分子进行基础物性计算，并获得渣油分子的物性；17、根据所述渣油分子和所述渣油分子的物性构建分子及分子物性库。18、作为优选方案，采集若干工况下的进料油品和工艺设备信息，对所述若干工况下的进料油品进行分析处理获得进料油品的分子数据，并根据所述进料油品的分子数据构建基础资源库，还包括：19、在所述分子及分子物性库中获取渣油分子及蜡油分子结构信息；20、根据所述渣油分子及蜡油分子结构信息，并结合已有加氢过程的分子反应机理，构建反应规则库；其中，所述反应规则库包括热裂解类反应、脱碱性氮类反应、脱非碱性氮类反应、脱硫类反应、饱和类反应、开环类反应、裂化类反应、异构化类反应和脱金属反应，每类反应包括分子结构及加氢数的若干反应规则；所述反应规则包括每类反应的催化剂控制中心信息，所述催化剂控制中心信息包括酸中心控制、金属中心控制和热传质控制。21、作为优选方案，根据所述基础资源库构建分子解析模块、反应网络生成模块、反应器基础求解器生成模块、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，包括：22、获取反应器的催化剂与物料流动特点，并根据所述催化剂与物料流动特点对所述反应器构建微分方程组生成模块；其中，所述反应器的类型包括固定床、沸腾床和浆态床；23、根据所述微分方程组生成模块构建反应速率常数计算单元；24、根据所述反应规则库中的反应类型对所述反应速率常数计算单元中的动力学参数、子动力学参数、催化剂控制因子、反应器床层的床层因子和反应速率常数矫正因子进行对应设置；其中，反应速率常数矫正因子为类动力学参数、子动力学参数、催化剂控制因子和床层因子的乘积；25、开发反应串级算法，并根据所述微分方程组生成模块、所述反应速率常数计算单元和所述反应串级算法构建反应器基础求解器生成模块。26、作为优选方案，根据所述基础资源库构建分子解析模块、反应网络生成模块、反应器基础求解器生成模块、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，还包括：27、根据热力学方法和气液平衡方程构建分馏模块；28、获取预设加氢产品的性质，并在所述分子及分子物性库中获取渣油分子的物性；29、根据所述预设加氢产品的性质和所述渣油分子的物性构建物性计算模块。30、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括采集历史工况数据，调用所述数据处理模块对所述历史工况数据进行处理，并获得工况数据库，具体为：31、采集历史工况数据；其中，所述历史工况数据包括dcs数据、进出料的lims数据和mes数据；32、调用所述数据处理模块对所述历史工况数据进行异常值检测，并获取异常情况；33、调用所述数据处理模块根据所述异常情况对所述历史工况数据进行数据填充或筛除，并获得第一工况数据；34、调用所述数据处理模块对所述第一工况数据进行处理，并获得瞬时稳态工况、天平均工况或班平均工况；35、根据所述瞬时稳态工况、天平均工况或班平均工况构建工况数据库。36、作为优选方案，所述通过调用所述分子解析模块和反应网络生成模块，并拼接所述反应器求解器、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，构建当前工艺类型下的渣油加氢机理模型，包括：37、获取渣油加氢原料的宏观性质，并从所述分子信息参比库中获取训练数据；其中，所述训练数据包括分子不饱和度、对应工况下原料上游物流的混合比例和进料油品的宏观物性；38、将所述渣油加氢原料的宏观性质作为优化目标，调用所述分子解析模块根据所述训练数据生成分子解析子模型；39、调用所述反应网络生成模块生成反应网络及反应动力学矩阵；40、通过连通所述分子解析子模型和所述反应网络，获取反应速率计算矩阵和所述反应速率计算矩阵输出的结果；41、将所述反应速率计算矩阵输出的结果传递到所述反应器求解器，并将所述反应器求解器拼接分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，构建渣油加氢机理模型。42、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，在所述通过调用所述分子解析模块和反应网络生成模块，并拼接所述反应器求解器、分馏模块、物性计算模块、数据处理模块和优化求解模块，构建当前工艺类型下的渣油加氢机理模型之后，还包括渣油加氢机理模型的模拟方法，包括：43、获取反应网络和进料油品的宏观物性，并调用分子解析子模型根据所述进料油品的宏观物性获得进料油品的分子组成信息和分子浓度；44、调用数据处理模块获取所述渣油加氢机理模型运行的操作条件；所述操作条件包括温度、压力和流量；45、调用反应器求解器根据所述分子组成信息、所述反应网络和所述操作条件对反应变化进行求解，并获得反应产物和求解结果；其中，所述反应变化包括温度变化、压力变化、分子浓度变化和气液相态变化；46、调用分馏模块对所述反应产物的分馏过程进行模拟；47、调用物性计算模块对所述反应产物的物性进行计算，并获得物性计算结果。48、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括：49、当加氢装置包含多个反应器系列时，调用反应串级算法对每个反应器系列进行求解，并获得每个反应器系列产品的分子组成信息；其中，所述每个反应器系列产品的分子组成信息为所述分馏模块的输入数据。50、所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括：51、当加氢装置设置有循环流股时，获取循环流股的实际值；52、更新进料循环流中根据所述分馏模块得到的所述循环流股的分子组成，并重新调用反应器求解器进行模拟，直到循环流股的计算结果与所述循环流股的实际值满足预设的误差要求或达到最大迭代次数。53、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括：54、将所述分子浓度、所述求解结果和所述性质计算结果保存到所述工况数据库；其中，所述工况数据库还包括传热情况的变化、传质情况的变化、传动情况的变化、各分子微分单元反应速率和产收率。55、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括调用所述优化求解模块对所述渣油加氢机理模型进行参数优化，包括：56、获取与所述进料油品的宏观物性和所述操作条件对应的产品收率、产品性质、温度变化和族组成分布规律实验值与模拟值之差，并以所述产品收率、产品性质、温度变化和族组成分布规律实验值与模拟值之差作为求解目标；57、设定目标权重，并设定动力学参数和床层参数的上下限；58、调用所述优化求解模块根据所述求解目标、所述目标权重和所述动力学参数和床层参数的上下限对所述渣油加氢机理模型的动力学参数进行求解，并获取优化的反应动力学参数和床层参数。59、作为优选方案，所述分子级渣油加氢模型的通用化构建方法，还包括：60、设定操作变量的优化上下限和可优化操作变量；其中，所述可优化操作变量包括反应器进料温度、冷氢量和进料流量；61、设定优化目标和优化目标权重；其中，所述包括优化目标产品收率和产品馏程；62、调用所述优化求解模块根据所述操作变量的优化上下限、所述可优化操作变量、所述优化目标和所述优化目标权重对操作变量进行求解，并获取优化后的操作变量、优化后的产品收率和产品性质。