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智慧化生产助力我国油品质量升级 华理钱锋院士课题组获上海市技术发明奖一等奖

发布时间:2020-05-20 17:19:28 来源:新民晚报 作者:张炯强
华东理工大学钱锋院士课题组获得2019年度上海市技术发明奖一等奖的项目——“油品特性实时表征与在线调合优化控

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去加油站给车加油,工作人员总会问司机:“加几号油?”92号、95号,不同的汽油标号代表着不同的辛烷值,适用于不同的汽车发动机。汽油是个混合物。生产汽油的原料(工程师们称之为“组分油”)有不同来源,其组分和各组分的比例不尽相同。那怎样将不同的组分油调合成加油站里统一标准的汽油呢?

华东理工大学钱锋院士课题组获得2019年度上海市技术发明奖一等奖的项目——“油品特性实时表征与在线调合优化控制技术”,做的就是油品的调合。“油品的调合过程虽然只是物理过程,但调合配方如何确定却具有很大挑战。”课题组成员杜文莉老师介绍说。

以汽油为例,多达十数个组分油按照配方混合均匀后才能生产出合格的汽油产品,其辛烷值、硫含量等40多个指标都要达到国家标准。这些指标除了数量多,而且还会相互影响,调了一项可能会引起另外几项的变动。

传统调合工艺是按照配方将各组分油在油罐里混合并搅拌,搅拌后取样检测各项指标,若不合标准,再重新调。就像炒菜一样,炒好了尝一尝,味道不够再回锅。制定配方就是决定调合成功与否的关键任务,要靠经验老道的工程师才行。

越来越高的环保要求导致油品标准升级速度不断加快,在制定配方时,“老师傅”遇上了新问题,给炼化企业带来巨大的压力。传统的调合方式,在配方制定时依赖人的经验,不但效率低下,适应快速变化的生产标准能力差,而且造成了巨大的质量过剩和浪费,因此实现油品的低成本质量升级,将配方制定流程自动化、智能化是炼化企业迫切需要解决的问题。

为了应对油品标准的快速升级,炼化企业现在已经普遍采用管道调合工艺,即在管道内对组分油进行混合,并实时检测油品的属性,实现了工艺流程的自动化。然而在最关键的配方制定任务上,还需要有智能化的方法来增效降本。

管道调合这一过程说起来简单,真正实现配方制定的自动化、智能化、绿色化还要面对两个难题。

难题之一是油品化学结构信息的提取,要形成精准的油品特性实时检测和表征。难题之二是如何突破生产过程的不确定性、非线性等因素制约,实现油品调合过程的精确刻画及在线智能优化调控。

华东理工课题组用三项创新打破了国外公司在油品特性实时表征与在线调合领域的技术垄断,突破了油品调合非线性模型构建与在线应用的多项技术瓶颈,实现了从原油到成品油调合的系列智能优化调控技术开发与应用,解决了以上两个难题。

从2007年开始的科技攻关,让课题组实现了开发高精度、智能化、实用的油品调合效应模型,以及基于调合效应模型的配方在线优化技术、油品调合过程多指标精准控制与工业化系统集成成套技术3项创新。

他们通过对油品检测数据的大量积累,在仅有10余个数据样本的情况下即可开展工程实施,并在此基础上实现了系统的在线辨识、自主学习和自适应校正。与国外同类技术相比,课题组构建的数学模型结构简洁,精度高,仅需少量试验,还可在线自行校正。

应用课题组的技术,能对组分油进行在线检测与实时表征,用最佳配方及精准适量加入添加剂,经过一系列智能优化算法的实施应用,实现油品调合过程智能调度执行、加剂精准测控、油品高效混合及调合配方在线智能调控。

举例来说,成品油的某一指标要求不低于95,如果调到95.2或者95.5就质量过剩了,会增加生产成本。但采用课题组的油品调合技术,能够有效利用不同价值的组分油,实现质量卡边,降低成本。运用这一技术,炼化企业还能自动切换生产批次,让不同牌号油品的生产自动切换。

项目自投用以来,取得了巨大的经济社会效益,近三年已累计为应用企业新增产值16.51亿元、新增利润12.61亿元、新增税收3.15亿元、节支7505万元。已获得授权国家发明专利5项,公开及申请国家发明专利12项,登记软件著作权5项。

除了原油、汽油、柴油、航空煤油及船用燃料油等油品的调合,这项技术还能推广应用到食用油、煤制油等流程工业生产过程。

生产制造的自动化、智能化、绿色化是制造业的发展方向。钱锋院士课题组的6位老师和20多名硕士、博士研究生,投入了十多年的时间,在这一领域孜孜不倦地探索,为中国从“制造大国”到“智造强国”的转变贡献了自己的力量。

新民晚报记者 张炯强

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