天然气化工一体化系统的能量梯级利用

【摘要】：天然气化工一体化项目作为世界上规模大、产品链长、工艺构成复杂程度高的项目之一,生产过程中节能潜力巨大,实现生产过程中的能量梯级利用及换热网络的优化与综合,提高能源利用率,对化工行业一体化具有突出的示范意义。本论文围绕这一主题,针对本天然气化工一体化系统的能量梯级利用,开展了以下研究工作与创新: ①采用黑箱模型对一体化系统中的11套装置在生产过程中的用能状况进行了粗略分析,结果表明:产生热能的装置有5套,分别为甲醇装置、甲醛装置、合成氨装置、硝酸装置和乙炔装置;需要外界提供热能的装置有6套,分别为PVC装置、醋酸装置、氯碱装置、氯丁橡胶装置、HYCO装置和空分装置。 ②根据工艺流程信息与文献资料,利用Aspen Plus软件对甲醇、甲醛、乙炔等6套装置进行全流程模拟,得到了主要换热单元的热负荷以及进出用能设备的物流信息。再根据用能一致性原则,将主要换热设备和用能设备转化为相当的冷流股和热流股。以甲醇装置为例,采用夹点技术法,利用Aspen Energy Analyzer软件对其冷、热流股进行匹配,得到了能耗最小的换热网络。对甲醇、甲醛、合成氨和PVC等4套装置的换热设备和用能设备所需或能提供的热量品位进行分析,根据经验方法和换热网络初步综合,得到了满足工艺要求的换热方案。 ③从宏观上对各装置所需蒸汽及副产蒸汽的品位与用量进行了分析,结果表明:在本天然气化工一体化项目的蒸汽系统中,具有较大节能潜力的装置有甲醇、甲醛、乙炔等8套装置。采用传统的节流式减压方案和引射式减压方案的总有效能损失分别为4.42×10~4MJ/h和3.90×10~4MJ/h,而采用背压式汽轮机组进行热电联产实现减压的过程中,总有效能损失为1.14×10~4MJ/h,仅为节流减压降温过程的25.9%、引射式减压过程的29.3%,大大提高了蒸汽系统的能源利用率,年发电量可达9.95×10~7 kW·h,年收益可达4801万元,设备总投资为4770万元,总投资回收周期仅为1.12年。因此,采用热电联产方案能够有效地克服减压过程中能量的无偿损失,达到了蒸汽系统的能量梯级利用的目的。 【关键词】：一体化系统 换热网络 夹点技术 能量梯级利用
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE646
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 选题背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 经验法9
• 1.2.2 最优化搜索法9-10
• 1.2.3 数学规划法10
• 1.2.4 人工智能法10
• 1.2.5 夹点设计法10-11
• 1.3 研究目的及意义11-12
• 1.4 研究内容12-14
• 2 理论依据与方法14-24
• 2.1 分步综合设计策略14-15
• 2.2 过程系统用能一致性15-16
• 2.3 夹点技术16-20
• 2.3.1 夹点定义16-18
• 2.3.2 夹点的意义18-19
• 2.3.3 夹点技术设计准则19-20
• 2.4 热量分析模拟软件20-24
• 2.4.1 软件介绍20-21
• 2.4.2 操作介绍21-24
• 3 一体化系统用能分析24-42
• 3.1 用能分析模型及平衡方程24-25
• 3.1.1 火用 的定义24
• 3.1.2 工程火用 分析通用模型和平衡方程24-25
• 3.2 各装置热量分析25-27
• 3.3 部分装置主要用能设备流股信息汇集27-32
• 3.3.1 Aspen Plus 过程模拟软件功能介绍27-28
• 3.3.2 Aspen Plus 软件基本流程模拟过程步骤[31]28
• 3.3.3 流股信息的提取28-32
• 3.4 主要耗能装置热集成分析32-42
• 3.4.1 热集成的依据32
• 3.4.2 甲醇装置热集成分析32-37
• 3.4.3 部分装置流股分析37-42
• 4 蒸汽系统能级分析42-48
• 4.1 能级分析原理42-43
• 4.2 各装置间蒸汽信息43-45
• 4.3 蒸汽品位分析45-48
• 5 蒸汽系统的梯级利用48-66
• 5.1 能量梯级利用原则48
• 5.2 传统的蒸汽调压方案48-52
• 5.2.1 节流减压过程48-50
• 5.2.2 引射式减压过程50-52
• 5.2.3 小结52
• 5.3 热电联产减压过程52-65
• 5.3.1 甲醇装置53-58
• 5.3.2 一体化系统各装置热电联产情况58-65
• 5.3.3 小结65
• 5.4 热电联产与传统调压方案的比较65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-72
• 附录72-74
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录72-73
• B. 附表73-74

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