乙烯裝置中脫甲烷系統(tǒng)及冷箱系統(tǒng)的優(yōu)化

【摘要】：作為石油化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，乙烯生產(chǎn)水平的高低決定著一個國家的石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平的高低。我國的乙烯工業(yè)起步早，發(fā)展迅速，目前乙烯年產(chǎn)量已居全球第二位。然而隨著國產(chǎn)乙烯裝置的大型化，能耗問題越來越突出，我國的乙烯生產(chǎn)能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平。因此，提高乙烯裝置的節(jié)能效率是大勢所趨，具有十分重要的意義。 本研文針對前脫丙烷前加氫乙烯裝置中的預(yù)脫甲烷塔、脫甲烷塔、脫乙烷塔以及冷箱系統(tǒng)進(jìn)行研究，以系統(tǒng)軸功消耗最低為目標(biāo)，進(jìn)行精餾系統(tǒng)的能量集成以及冷箱系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。 該乙烯裝置中，預(yù)脫甲烷塔、脫甲烷塔以及脫乙烷塔三塔之間存在熱量耦合的潛力，為了提高乙烯裝置的能量使用效率并且減少裝置的設(shè)備費(fèi)用，采用能量集成和能量耦合方式，將脫甲烷塔、脫乙烷塔和預(yù)脫甲烷塔進(jìn)行集成，并利用aspen plus軟件中的MultiFrac模型對重構(gòu)流程進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果為：使原流程的換熱器數(shù)目由8個降至現(xiàn)在的2個，精餾塔的數(shù)目由原來的3個降至現(xiàn)在的1個，使設(shè)備的投資費(fèi)用大大的降低；原來的流股數(shù)目由12個降至現(xiàn)在的8個，使換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計在一定程度上得到了簡化；新的流程比原流程節(jié)能3.681MW，具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益。 針對乙烯冷箱系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)，本研究采用了夾點(diǎn)設(shè)計方法和有效能分析方法進(jìn)行優(yōu)化。夾點(diǎn)設(shè)計方法和有效能分析方法是利用過程流股數(shù)據(jù)，在避免設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)的情況下，以系統(tǒng)軸功優(yōu)化為目標(biāo)，在有效能總復(fù)合曲線圖中，通過改變冷熱公用工程的溫度等級來使系統(tǒng)軸功發(fā)生改變。本文引入優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的“兩步法”對乙烯裝置的冷箱系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，首先對有效能總復(fù)合曲線圖中的口袋進(jìn)行優(yōu)化，即用一條較低質(zhì)量的冷公用工程來和過程熱流股換熱，冷的過程流股則用來生成更高質(zhì)量的冷公用工程，此冷公用工程的溫位由系統(tǒng)的最小傳熱溫差決定；然后對除去口袋的有效能總復(fù)合曲線圖進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法中的粒子群算法，通過matlab編程，以有效能損失最小為目標(biāo)，計算出不同等級的冷公用工程。運(yùn)用此“兩步法”優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)，能夠設(shè)計出最優(yōu)的冷公用工程溫位配置。通過計算，當(dāng)冷公用工程級數(shù)為6時，總軸功消耗減少量為1.4828MW，當(dāng)冷公用工程級數(shù)為7時，總軸功消耗減少量為2.3248MW，當(dāng)冷公用工程級數(shù)為8時，總軸功消耗減少量為2.7274MW。 【關(guān)鍵詞】：乙烯流程 有效能 隔板塔 冷箱
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ221.211
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 前言7-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-27
• 1.1 乙烯工業(yè)的研究現(xiàn)狀8-9
• 1.1.1 乙烯工業(yè)簡介8-9
• 1.1.2 乙烯裝置的流程9
• 1.2 乙烯裝置中分離系統(tǒng)節(jié)能研究9-25
• 1.2.1 采用熱耦合精餾技術(shù)用于分離系統(tǒng)10-14
• 1.2.2 夾點(diǎn)分析應(yīng)用于分離系統(tǒng)節(jié)能14-23
• 1.2.3 有效能分析23-25
• 1.3 本文研究目標(biāo)25-27
• 第二章 全熱耦合精餾塔技術(shù)——隔板塔應(yīng)用于乙烯裝置27-34
• 2.1 乙烯裝置的流程27-28
• 2.2 乙烯低溫分離流程中脫甲烷系統(tǒng)的優(yōu)化28-30
• 2.3 利用全熱耦合精餾技術(shù)——隔板塔對改造后乙烯裝置優(yōu)化30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 基于軸功目標(biāo)設(shè)定的乙烯低溫系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)合成“兩步法”34-54
• 3.1 基于有效能分析的軸功評價方法34-36
• 3.2 優(yōu)化低溫?fù)Q熱系統(tǒng)的兩步法36-38
• 3.2.1 優(yōu)化低溫過程的有效能總復(fù)合曲線圖中的口袋36
• 3.2.2 優(yōu)化去除口袋的有效能總復(fù)合曲線圖36-38
• 3.3 應(yīng)用兩步法優(yōu)化換熱系統(tǒng)38-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 結(jié)論與展望54-56
• 符號說明56-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明60-61
• 致謝61

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