在能源轉型與產業升級的雙重驅動下,煉油工業正經歷一場深刻的智能化變革。其核心目標在于提升效率、降低成本、優化產品結構并增強安全環保水平。這一變革并非單一技術的突破,而是一個由底層分子水平精細管理、中層自動控制執行,到頂層通信與信息集成的多層次、系統性技術融合。其中,以中國石化石油化工科學研究院(石科院)為代表的科研機構引領的“分子水平煉廠智能技術”,正成為推動這場變革的關鍵引擎。
一、基石:分子水平的管理與優化——石科院的核心突破
傳統煉油過程管理多基于餾程、族組成等宏觀或中間層次的物性參數。而石科院的“分子水平煉廠智能技術”將管理顆粒度精細到了單個分子。該技術通過以下路徑實現:
- 分子表征與數據庫構建:利用高通量分析技術(如高分辨質譜、核磁共振等),精確解析原油及中間產物的分子組成,建立龐大的分子信息數據庫。
- 分子反應動力學建模:基于分子結構,構建精確的反應動力學模型,預測不同分子在特定反應條件下的轉化路徑、產物分布和性質。
- 分子級模擬與優化:將上述模型集成到全流程模擬中,在虛擬空間內實現從原油分子到最終產品分子的“數字孿生”映射。這使得操作者能夠前瞻性地優化原料調配、操作條件(如溫度、壓力、空速)和工藝流程,以實現諸如“分子煉油”的目標——將特定價值的分子定向轉化為目標產品(如化工原料),最大化資源價值。
二、紐帶:通信與自動控制技術——智能的“神經網絡”與“反射弧”
分子水平的優化方案需要高效、可靠地傳遞并轉化為實際生產動作,這依賴于先進的通信與自動控制技術。
- 工業通信網絡:這是煉廠智能化的“神經網絡”。通過部署工業以太網、5G、工業無線網絡(如WIA-PA/FA)及時間敏感網絡(TSN)等技術,實現從現場儀表、控制器到云端平臺的全廠數據高速、低延時、高可靠傳輸。特別是對于實時優化(RTO)和先進過程控制(APC),穩定的數據流至關重要。
- 先進過程控制(APC)與實時優化(RTO):這是基于模型的智能“反射弧”。APC在基礎控制回路之上,通過多變量預測控制等技術,平穩地將關鍵工藝變量推向最優設定點。RTO則周期性地(如每小時)根據當前工況和經濟目標(如油價、產品價格),利用全流程模型重新計算最優設定點,下發給APC執行。它們將分子級優化模型給出的“戰略目標”轉化為可執行的“戰術指令”。
- 智能感知與邊緣計算:通過智能傳感器、機器視覺和光譜分析等在線分析儀,實時獲取分子水平或近分子水平的物性數據。結合部署在設備側的邊緣計算節點,對數據進行初步處理、特征提取和模型輕量化推理,實現快速本地閉環控制(如實時調合),并減輕中心系統的負荷。
三、融合:構建煉廠智能技術生態系統
真正的智能化并非技術的簡單堆砌,而是三者的深度融合:
- 數據驅動與機理模型融合:分子管理提供深層的機理模型,而通信網絡匯集的海量生產、設備、市場數據,通過人工智能(如機器學習)算法,可以不斷校正和豐富這些模型,使其更貼合實際,形成“機理+數據”的混合智能。
- 縱向集成與閉環優化:從分子模擬層(RTO)→先進控制層(APC)→基礎控制層(DCS)→現場設備層,通過高速通信網絡實現指令與信息的雙向無縫流動,構成一個從分子設計到產品出廠的全流程閉環優化系統。
- 應用價值體現:這種融合能實現原料“宜油則油、宜化則化”的精準加工,提升高價值產品收率;實現能耗、物耗的精細管控;預測并規避設備故障,實現預知性維修;快速響應市場需求變化,動態調整生產方案。
結論
煉油核心業務的智能化,是一條從微觀分子認知到宏觀系統控制的升級之路。以石科院分子水平智能技術為代表的精細化管理是“大腦”,它定義了優化的極限和目標;而通信與自動控制技術則是“神經”與“四肢”,確保了智能決策的精準傳達與高效執行。隨著人工智能、數字孿生等技術的進一步滲透,這三者的結合將更加緊密,共同驅動煉油工業邁向更高效、更靈活、更可持續的智能未來。