乙烯装置中脱甲烷系统及冷箱系统的优化

摘要

作为石油化学工业的基础，乙烯生产水平的高低决定着一个国家的石油化学工业的发展水平的高低。我国的乙烯工业起步早，发展迅速，目前乙烯年产量已居全球第二位。然而随着国产乙烯装置的大型化，能耗问题越来越突出，我国的乙烯生产能耗远远高于世界平均水平。因此，提高乙烯装置的节能效率是大势所趋，具有十分重要的意义。
　　本研文针对前脱丙烷前加氢乙烯装置中的预脱甲烷塔、脱甲烷塔、脱乙烷塔以及冷箱系统进行研究，以系统轴功消耗最低为目标，进行精馏系统的能量集成以及冷箱系统换热网络优化。
　　该乙烯装置中，预脱甲烷塔、脱甲烷塔以及脱乙烷塔三塔之间存在热量耦合的潜力，为了提高乙烯装置的能量使用效率并且减少装置的设备费用，采用能量集成和能量耦合方式，将脱甲烷塔、脱乙烷塔和预脱甲烷塔进行集成，并利用aspen plus软件中的MultiFrac模型对重构流程进行模拟，模拟结果为：使原流程的换热器数目由8个降至现在的2个，精馏塔的数目由原来的3个降至现在的1个，使设备的投资费用大大的降低；原来的流股数目由12个降至现在的8个，使换热网络的设计在一定程度上得到了简化；新的流程比原流程节能3.681MW，具有非常大的经济效益。
　　针对乙烯冷箱系统换热网络，本研究采用了夹点设计方法和有效能分析方法进行优化。夹点设计方法和有效能分析方法是利用过程流股数据，在避免设计换热网络的情况下，以系统轴功优化为目标，在有效能总复合曲线图中，通过改变冷热公用工程的温度等级来使系统轴功发生改变。本文引入优化换热网络的“两步法”对乙烯装置的冷箱系统换热网络进行优化，首先对有效能总复合曲线图中的口袋进行优化，即用一条较低质量的冷公用工程来和过程热流股换热，冷的过程流股则用来生成更高质量的冷公用工程，此冷公用工程的温位由系统的最小传热温差决定；然后对除去口袋的有效能总复合曲线图进行优化，运用数学规划法中的粒子群算法，通过 matlab编程，以有效能损失最小为目标，计算出不同等级的冷公用工程。运用此“两步法”优化的换热网络，能够设计出最优的冷公用工程温位配置。通过计算，当冷公用工程级数为6时，总轴功消耗减少量为1.4828MW，当冷公用工程级数为7时，总轴功消耗减少量为2.3248MW，当冷公用工程级数为8时，总轴功消耗减少量为2.7274MW。

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前言

第一章 文献综述

1.1乙烯工业的研究现状

1.1.1乙烯工业简介

1.1.2乙烯装置的流程

1.2乙烯装置中分离系统节能研究

1.2.1采用热耦合精馏技术用于分离系统

1.2.2夹点分析应用于分离系统节能

1.2.3有效能分析

1.3本文研究目标

第二章 全热耦合精馏塔技术——隔板塔应用于乙烯装置

2.1乙烯装置的流程

2.2乙烯低温分离流程中脱甲烷系统的优化

2.3利用全热耦合精馏技术——隔板塔对改造后乙烯装置优化

2.4本章小结

第三章 基于轴功目标设定的乙烯低温系统换热网络合成“两步法”

3.1基于有效能分析的轴功评价方法

3.2优化低温换热系统的两步法

3.2.1优化低温过程的有效能总复合曲线图中的口袋

3.2.2优化去除口袋的有效能总复合曲线图

3.3 应用两步法优化换热系统

3.4本章小结

第四章 结论与展望

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢