流程模拟与优化技术作为流程工业综合自动化技术的重要组成部分得到了广泛应用,带来了显著的经济效益。本论文以石化行业重要的石油二次加工过程——催化重整过程为研究对象,以该过程的模拟优化技术及其工业应用为研究主线,围绕催化重整集总反应动力学模型的建立、专用流程模拟优化软件的开发、基于ASPEN PLUS软件平台的全流程模拟与工业优化应用、机理模型的在线计算应用、遗传算法和混合遗传算法在约束优化和多目标优化中的应用等进行了深入研究。具体包括以下几个方面: 1) 在充分考虑反应机理和满足工业应用方便性的前提下,提出了一个新的催化重整20集总反应动力学模型。以此模型为基础,采用序贯模块法实现了由反应器、加热炉、换热器、分离罐等装置组成的催化重整循环流程的机理建模工作。为了方便工业应用,所有模型方程的求解和参数估计中的无约束优化方法均采用了成熟、快速而可靠的算法。以20集总反应动力学模型为核心的催化重整过程模型的成功建立,是本论文以下工业应用研究的基础。 2) 以C++为工具,开发了基于催化重整集总反应动力学模型的专用流程模拟优化软件ESP-Simpro。其清晰的功能模块设计、完整的模型库、快速可靠的算法、功能强大的输入/输出系统、友好的人机界面、标准化的接口和统一的权限管理等特点使得该软件具备了商业化应用的潜质和前景。该软件作为商业化软件产品在国内某工业级连续重整装置上得到了成功应用。其工业应用情况表明了机理模型和模拟软件在过程分析和操作指导上的重要意义。 3) 利用ASPEN PLUS用户模型技术,将催化重整过程机理模型开发成用户单元操作模块,从而在ASPEN PLUS平台实现了包含重整反应装置在内的催化重整全流程模拟。从实际的工业应用结果看,各主要操作点和操作指标的模拟计算值与实际操作值均吻合得较好。利用ASPEN PLUS内置的SQP优化算法,还对工业连续重整装置进行了操作参数优化研究,并将优化方案在该装置上进行了现场测试。测试结果表明芳烃收率的平均值实际提高0.49wt%,与优化计算结果相当吻合。该优化研究可为厂方带来每年600多万元的纯利润。