三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。     

乙烯深冷分离中变温冷却过程制冷系统的设计与优化

根据乙烯装置中的用冷需求,将乙烯装置的深冷分离过程分为变温冷却过程和定温冷凝过程,变温冷却过程指的是裂解气的预冷过程,定温冷凝过程指的是乙烯装置中各塔塔顶冷凝器中的换热;分析了乙烯-丙烯复叠制冷系统的换热集成曲线,可知在裂解气的预冷阶段,冷热物流换热温差大。提出一种组合制冷系统,它集成了纯工质复叠制冷和混合冷剂制冷,其中的多元混合冷剂制冷系统为乙烯深冷分离的变温换热过程提供冷量。并用Aspen Plus软件对混合冷剂系统进行建模,使用遗传算法优化,优化结果表明在替代原制冷系统6895.5 kW冷量负荷的情况下,功耗降低521.6 kW,节能14.7%。     

考虑LNG冷能利用的乙烯装置制冷系统节能分析

乙烯装置深冷分离过程需要制冷系统提供不同温度级位的冷能,而低温LNG在加热和汽化过程中会释放出大量的冷能。文中研究了LNG接收站和乙烯装置的冷量集成,提出使用携带LNG冷能的中间冷媒在乙烯装置内替代部分乙烯和丙烯冷剂,降低压缩机功率,从而降低乙烯装置能耗。以某1 200 kt/a乙烯装置为例,使用-80℃中间冷媒在装置内梯级换热替代部分乙烯和丙烯冷剂,冷媒使用量约800 t/h,可降低丙烯制冷压缩机功率约11 600 kW,降低乙烯制冷压缩机功率约1 500 kW,乙烯装置的单位能耗(标油)降低约25 kg/t乙烯。     

乙烯装置利用LNG冷能冷系统开车及故障分析

介绍了国内首套基于LNG冷能利用的乙烯工艺,采用甲醇作为中间冷媒进行间接换热,实现LNG接收站内冷量和乙烯装置之间冷热互供。冷媒温度的梯级利用,替代了原丙烯及乙烯制冷压缩机的部分用户,极大地降低了制冷压缩机的功耗,分离单元能耗降低约为11%,乙烯装置的综合能耗(标油)低至497 kg/t乙烯。甲醇冷媒系统将是乙烯装置平稳运行的关键所在,通过对冷媒开车和典型的事故工况进行分析,为乙烯装置运行提供思路。     

丙烯制冷系统模拟优化

丙烯制冷压缩机是乙烯装置的核心设备。兰州石化分公司460 kt/a乙烯装置的丙烯制冷系统为各用户提供-42℃、-15℃和7℃3个温位等级冷剂。目前该系统的7℃丙烯冷剂还存在富裕情况,还有较大的节能空间。利用Aspen plus建立7℃丙烯冷剂系统的模型,通过模拟对比该系统初步设计和现阶段的运行工况,为丙烯冷剂系统的优化提供依据。     

乙烯制冷压缩机机体漏油的分析与处理

本厂乙烯制冷压缩机(位号 GB-601)是裂解装置的心脏设备之一,它与丙烯制冷压缩机形成复叠制冷系统,提供-50℃,-75℃,-101℃温度级的冷量,以满足深冷分离的需要。GB-601运行的好坏,会直接影响     

LNG冷能用于MTO装置烯烃分离的研究

通过分析现有的MTO装置烯烃分离流程,给出了基于LNG冷能利用的MTO装置烯烃分离流程,并进行了模拟计算和换热网络分析。结果表明,利用69.95 t/h的LNG可替代原工艺约12 703.3 k W的冷量负荷,节省约5 950 k W的冷剂压缩制冷系统功耗,大幅度降低MTO装置烯烃分离装置的能耗成本。     

利用LPG冷量解决三元制冷系统存在问题的研究

针对某乙烯装置三元制冷系统存在的压缩机末段出口压力过高的问题进行了分析。结合装置轻质化的现状,提出了利用LPG原料冷量对三元制冷压缩机末段进行撤热的解决方案。新增的LPG冷量利用取代现有LPG原料预热,在完成LPG原料预热的同时,这部分冷量被三元制冷系统回收,解决了三元制冷压缩机末段出口压力过高的问题。     

回收乙烯产品冷量降低乙烯装置能耗

兰州石化乙烯厂460 kt/a乙烯装置采用KBR公司脱乙烷塔技术,脱乙烷塔顶可生产出三分之一的产品乙烯。脱乙烷塔顶的乙烯进入乙烯制冷压缩机四段压缩后,送往下游聚烯烃装置。脱乙烷塔顶乙烯温度在-36℃,通过改造后,回收此冷量,降低了装置丙烯冷剂的用量,降低了装置的能耗。     

LNG轻烃分离与乙烯冷分冷量联合

乙烯深冷分离过程需要冷剂为分离过程提供不同等级的冷量,可以把乙烯深冷分离过程作为一个冷阱;LNG气化过程中,需要加热,可以作为冷源.考虑到冷阱冷源的相互匹配,提出通过将LNG经过轻烃分离,为乙烯深冷分离提供冷量,降低了制冷公用工程消耗,同时LNG气化装置降低了加热公用工程消耗,且LNG分离出的轻烃直接供给乙烯装置作为裂解原料使用,优化乙烯装置裂解原料.以300万吨/年的LNG装置和64万吨/年的乙烯装置为例进行模拟计算得到,LNG轻烃分离装置可为乙烯冷分提供冷量41464 kW,降低乙烯冷分三元冷剂消耗75%,为乙烯装置提供优质裂解原料约65万吨/年.     

Synthesis of refrigeration system based on generalized disjunctive programming model

Refrigeration system holds an important role in process industries. The optimal synthesis cannot only reduce the energy consumption, but also save the production costs. In this study, a general methodology is developed for the optimal design of refrigeration cycle and heat exchanger network (HEN) simultaneously. Taking the heat integration between the external heat sources/sinks and the refrigeration cycle into consideration, a superstructure with sub-coolers is developed. Through defining logical variables that indicate the relative temperature positions of refrigerant streams after sub-coolers, the synthesis is formulated as a Generalized Disjunctive Programming (GDP) problem based on LP transshipment model, with the target of minimizing the total compressor shaft work in the refrigeration system. The GDP model is then reformulated as a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) problem with the aid of binary variables and Big-M Constraint Method. The efficacy of the process synthesis model is demonstrated by a case study of ethylene refrigeration system. The result shows that the optimization can significantly reduce the exergy loss as well as the total compression shaft work.     

A Two-step Design Method for Shaft Work Targeting on Low-temperature Process

In low-temperature processes, there are interactions between heat exchanger network （HEN） and refrig-eration system. The modification on HEN of the chilling train for increasing energy recovery does not always coor-dinate with the minimum shaft work consumption of the corresponding refrigeration system. In this paper, a sys-tematic approach for optimizing low-temperature system is presented through mathematical method and exergy analysis. The possibility of＂pockets＂, which appears as right nose section in the grand composite curve （EGCC） of the process, is first optimized. The EGCC with the pockets cutting down is designed as a separate part. A case study is used to illustrate the application of the approach for a HEN of a chilling train with propylene and ethylene refrig-erant system in an ethylene production process.     

凝液汽提塔在乙烯装置前脱乙烷流程中的应用探讨

在百万吨级前脱乙烷流程的乙烯装置裂解气压缩机工艺系统中进行了凝液汽提工艺的研究。模拟计算了凝液汽提塔在裂解气压缩机第四与五段之间时裂解气压缩、分离和制冷系统的变化情况,考察了该塔塔压的变化对这些系统的影响。研究结果表明,应用凝液汽提塔可降低脱乙烷塔塔底温度13℃以上,减少低压蒸汽消耗量,不会增加乙烯制冷压缩机的功率,但增加裂解气压缩机和丙烯制冷压缩机的功率,使综合能耗有所上升;凝液汽提塔塔压对低压蒸汽消耗量的影响较大,而对裂解气压缩机、丙烯和乙烯制冷压缩机的功率影响较小,当塔压为0．9MPa时,综合能耗最低。当凝液汽提塔被设置在裂解气压缩机第四与五段之间时,不建议在新建前脱乙烷流程的乙烯装置中应用它。     

乙烯装置能量优化

应用夹点技术对某800kt/a乙烯装置低温系统的换热流程进行了优化分析。通过总组合曲线确定换热网络所需的不同冷剂等级及负荷,通过有效能组合曲线确定换热网络的有效能损失。经过调优处理确定合适的工艺流程,从而达到节能降耗的目的。     

新节能脱甲烷系统

在某30万t乙烯装置低压脱甲烷系统的基础上,应用流程模拟技术开发出一套新的节能的脱甲烷系统。新系统在流程中引入膨胀机,有效避免了气体节流的能量损失;调整、优化了原有的工艺参数,减少了直接节流到塔压的裂解气量;对系统换热网络重新进行了匹配,更加合理利用了各股物料的冷量,使脱甲烷塔回流比、甲烷压缩机负荷以及乙烯冷剂消耗均有所降低。模拟结果表明,新系统总计节能达到1377 kW。     

回热器对双级压缩和复叠式压缩制冷系统影响的分析

为了研究回热器对双级压缩制冷系统和复叠式压缩制冷系统的影响,以R404A双级压缩制冷系统和R404A/R23复叠式压缩制冷系统为例,通过建立两种制冷系统的热力学模型和(火用)分析法,分析了回热器效率对压缩机排气温度、单位质量制冷量、制冷剂质量流量、系统制热能效比(COP)、系统总(火用)损、系统各部件(火用)损和系统(火用)效率的影响。结果表明,在双级压缩制冷系统中,当回热器效率ε 取0.1～0.9时,系统COP增大4.0%,系统的总(火用)损减少9.6%,而系统(火用)效率增大7.1%;在复叠式压缩制冷系统中,系统COP和系统(火用)效率随高温级回热器效率ε 增大而增大,随低温级回热器效率ε增大而减小,而系统总的(火用)损随高温级回热器效率ε 增大而减小,随低温级回热器效率ε 增大而增大。     

前脱乙烷流程乙烯装置的凝液汽提工艺研究

在百万吨级前脱乙烷流程的乙烯装置裂解气压缩机工艺系统中进行了凝液汽提工艺的研究。模拟计算了凝液汽提塔在裂解气压缩机第五段出口时裂解气压缩、分离和制冷系统的变化情况,考察了该塔塔压的变化对这些系统的影响。研究结果表明,应用凝液汽提塔可降低脱乙烷塔塔底温度13℃以上,当凝液汽提塔塔压与裂解气压缩机第四段吸入口压力平衡时,综合能耗最低。建议在新建前脱乙烷流程的乙烯装置时应用凝液汽提塔,并将它设置在裂解气压缩机第五段出口。