乙烯装置分离流程节能技术研究

【摘要】：乙烯装置是石油化工生产有机原料的基础，是石油化学工业的龙头，随着乙烯装置日趋大型化，我国乙烯工业发展迅速，乙烯年产量已达1680万吨，占世界总产能的8.2%，居全球第二位，但我国乙烯工业的能耗居高不下，乙烯生产的能耗比世界平均水平高27%，其节能空间十分显著，所以提高乙烯装置的能量利用效率具有重要意义。 本研究应用夹点技术对前脱丙烷前加氢800Kt/a乙烯装置进行分析，在对其分离系统热量的综合利用以及公用工程系统设置进行优化的基础上，通过总复合曲线分析，对能量系统中冷热物料的换热匹配、加热蒸汽和冷却水的设置、冷剂等级的设置和分配提出了优化方案。该方案节能效果显著，热端换热网络系统蒸汽消耗量减小到28540.4KW，节约蒸汽加热量约21.5%，冷却水消耗量266816.7KW，与原换热网络相比略有减少，换热器数量由44台减少到41台；冷端装置制冷系统压缩机轴功率减少约2.84%，丙烯冷剂总流量减少2608kg·hr-1。 该乙烯装置中乙烯塔和乙烯制冷系统组成热泵系统，内部能量集成精馏相比热泵精馏可逆性进一步提高，为了提高乙烯装置能源利用效率，将内部能量集成精馏塔应用于前脱丙烷前加氢流程中的乙烯塔，设计构建内部能量集成乙烯塔和乙烯制冷系统组成的新流程。乙烯塔采用完全内部能量集成和部分内部能量集成两种换热方式。通过模拟分析内部能量集成乙烯塔的温度分布和气相流率分布特点，研究影响内部能量集成乙烯塔特性的参数，分析影响流程能耗的操作参数，确定最佳流程结构。 利用流程模拟软件ASPEN PLUS和面向对象编程语言VB分别严格模拟开式热泵精馏流程、完全内部能量集成精馏流程以及部分内部能量集成精馏流程。模拟结果表明完全内部能量集成精馏流程中精馏段塔底操作压力Pr对新流程系统中压缩机的功耗有显著影响，最终优化的结果是完全内部能量集成精馏流程相比热泵精馏流程系统压缩机的功耗降低约2.04%。部分内部能量集成流程中内部热交换量Qt对系统压缩机的总功耗有显著影响，当内部热交换量为2.617MW时，部分内部能量集成精馏流程中系统压缩机的功耗达到最小，相比热泵精馏流程系统压缩机的总功耗降低了2.23%。因此内部能量集成精馏塔具有一定的工业应用前景。 【关键词】：乙烯装置 过程集成 内部能量集成 节能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ221.211
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-9
• 前言9-10
• 第一章 文献综述10-26
• 1.1 乙烯装置的典型流程10-12
• 1.1.1 顺序分离流程10
• 1.1.2 前脱丙烷流程10-11
• 1.1.3 前脱乙烷流程11
• 1.1.4 低投资分离流程11
• 1.1.5 渐进分离流程11-12
• 1.1.6 油吸收分离流程12
• 1.2 乙烯装置的节能措施12-24
• 1.2.1 能量系统的优化12-13
• 1.2.2 提高裂解炉的热效率13
• 1.2.3 急冷系统的节能13-14
• 1.2.4 裂解气压缩系统的节能14
• 1.2.5 分离系统的节能14-15
• 1.2.6 精馏塔的节能15-24
• 1.2.6.1 优化精馏塔操作参数15-16
• 1.2.6.2 增设中间再沸器和中间冷凝器16
• 1.2.6.3 采用热泵精馏16-17
• 1.2.6.4 采用催化加氢精馏17-18
• 1.2.6.5 采用热耦精馏18-19
• 1.2.6.6 采用内部能量集成精馏19-24
• 1.3 本文研究目标24-26
• 第二章 乙烯装置换热网络优化26-39
• 2.1 概述26-27
• 2.2 换热网络的设计方法27
• 2.3 换热网络系统的划分27-28
• 2.4 系统热端换热网络优化28-36
• 2.4.1 系统热端工艺物流及数据提取28
• 2.4.2 系统热端用能分析28-30
• 2.4.3 系统热端换热网络优化结果30-36
• 2.4.3.1 需要热公共用工程的换热器流股匹配调整情况30-31
• 2.4.3.2 需要冷公用工程（冷却水）的换热器流股匹配调整情况31-32
• 2.4.3.3 过程流股间换热的换热器流股匹配调整情况32-33
• 2.4.3.4 优化前后公用工程消耗量及换热器数目的比较33-36
• 2.5 系统冷端换热网络优化36-38
• 2.5.1 系统冷端工艺物流及数据提取36
• 2.5.2 系统冷端用能分析36-37
• 2.5.3 系统冷端优化结果37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 内部能量集成精馏塔应用于乙烯分离流程39-62
• 3.1 内部能量集成精馏塔技术原理39
• 3.2 内部能量集成精馏塔的热力学分析39-41
• 3.3 内部能量集成精馏塔的模拟方法41-42
• 3.4 内部能量集成乙烯塔能耗及特性的模拟研究42-52
• 3.4.1 乙烯精馏塔相同分离效果下操作参数的对比44
• 3.4.2 内部能量集成乙烯塔特性的模拟研究44-52
• 3.4.2.1 完全内部能量集成乙烯塔操作特性46-48
• 3.4.2.2 部分内部能量集成乙烯塔操作特性48-52
• 3.5 系统能耗分析及模拟结果对比52-61
• 3.5.1 完全内部能量集成流程系统能耗模拟研究54-57
• 3.5.1.1 影响完全 HIDiC 流程系统能耗的参数研究54-55
• 3.5.1.2 完全 HIDiC 及 VRC 的模拟结果对比55-57
• 3.5.2 部分内部能量集成流程系统能耗模拟研究57-61
• 3.5.2.1 影响部分 HIDiC 流程系统能耗的参数研究57-59
• 3.5.2.2 三种流程系统的模拟结果对比59-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 结论和展望62-64
• 符号说明64-65
• 参考文献65-68
• 发表论文和参加科研情况说明68-69
• 附录 A：系统热端工艺物流换热数据表69-71
• 附录 B：系统冷端工艺物流换热数据表71-73
• 附录 C：优化前后热端换热网络中使用冷公用工程的换热器73-74
• 附录 D：优化前后热端换热网络过程流股换热器74-75
• 致谢75

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