乙烯分离与复叠制冷系统用能的综合优化

乙烯装置的分离过程要在低温下进行,由乙烯制冷系统提供所需冷量。乙烯制冷系统为封闭式循环,独立于分离单元之外。将乙烯分离单元与制冷系统同时优化,能有效提高装置用能效率。复叠式制冷级数是当前乙烯工业中使用最为广泛的制冷技术。本文针对乙烯分离过程和配套的复叠制冷系统,采用Aspen Hysys进行模拟并进行(火用)分析,发现系统主要的(火用)损失发生在换热与压缩两部分,其占总(火用)损失的83%,为节能的重点。进而通过夹点技术对冷剂配置进行分析,发现-56℃以上各温位的冷量配置不合理,远超过理论最小值,-56℃以下各温位的冷量基本达到理论最小值。提出了采用多股流换热器的换热网络理论设计方法,并对冷剂进行重新配置,该理论方案可以降低丙烯制冷压缩机约30%的功耗,并节约部分乙烯制冷压缩机功耗,显著降低了乙烯深冷分离能耗。     

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。     

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%。     

茂名乙烯三元制冷系统存在问题分析

介绍了茂名乙烯2号裂解装置自2006年9月投产以来三元制冷系统存在的问题,及在2010年利用大修停车检修时进行的技术改造。对三元制冷压缩机一段吸入罐带液问题,三元制冷系统与乙烯精馏塔系统不匹配和乙烯精馏塔塔压高问题及三元制冷系统与冷却水温度不匹配问题进行了剖析,并提出相应的优化措施。     

富甲烷中乙烯损失量超标原因分析及处理措施

介绍了东方乙烯在出现富甲烷中乙烯损失过大后,通过采取更换乙烯制冷压缩机出口过滤器S-5001滤芯及3号脱甲烷塔进料换热器E-3013、调整装置负荷、优化操作等措施,使富甲烷中乙烯损失（摩尔分数）由5％以上降低到2％以下,并提出了在下一步工作中将对乙烯制冷压缩机密封及深冷系统进行技术改造,以使富甲烷中乙烯损失进一步得到降低。     

利用氢气分离膜降低乙烯深冷系统制冷压缩机的功耗

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用UniSimDesign软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m²和10110m²。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496kW,比原流程减少了8996kW,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。     

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     

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。     

粘胶纤维厂制冷系统优化设计

根据粘胶纤维生产的特点,将制冷压缩机产生的压缩热利用到生产上去,达到变废为宝、节约能源、降低生产成本的目的,并以此来设计粘胶纤维厂制冷系统。着重介绍了这种设计方法,同时分析计算了制冷压缩热利用率和节能效果。计算表明:粘胶纤维厂制冷系统采用这种设计方法,制冷系统压缩热有效利用率达53%,节电12.5%以上,相当于制冷系统能耗减少60%以上。     

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.     

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。     

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.     

纯电动车集成热管理系统性能的热力学分析

纯电动车集成热管理（ITM）系统能有效提高车辆的能量利用效率,然而兼顾电池、客舱热需求的集成热管理系统结构复杂,针对ITM系统的串联和并联两种构成形式,基于AMESim软件搭建系统仿真模型,从热力学的能量和角度比较分析两种系统的性能。结果表明：串联系统的性能系数和效率均明显高于并联系统,制冷模式下,分别平均高7.6%、23.6%;热泵模式下,分别平均高13%、7.6%。随着压缩机转速的增大,两种系统的部件总损失均明显增大,压缩机和室外换热器的损失成为主要损失,此外在并联系统中电子膨胀阀的损失占比较大。     

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。     

板式换热器及其热力系统的运行特性和高级分析

针对不同换热设备组合之间以及换热设备在系统中的分布情况进行了研究,建立了高级分析模型,将换热设备与系统的损进一步分割成不可避免性部分和可避免性部分,计算相应的损失和效率,确定换热设备与系统中能量损失的主要部位,并在有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统试验台中进行验证,为换热设备及其热力系统的运行优化提供科学依据。结果表明,不同的换热面积对换热设备的能效有着非常大的影响,同时常规分析和高级分析提出了不同的系统优化次序。高级分析表明,蒸发器可避免损占蒸发器损的41.2%～60.0%,冷凝器可避免损占冷凝器总损最高可达91%～97%,整个ORC系统有52.5%～66.3%的损可以避免,有很大的改造潜力,且发现不合理设计的管道也会影响ORC系统性能。     

Process synthesis for cascade refrigeration system based on exergy analysis

Refrigeration system holds an important role in chemical/petrochemical processes. The traditional cascade refrigeration system (CRS) used in ethylene plants contains multiple refrigerants working at multiple temperature/pressure levels. In this study, a general methodology is developed for the optimal process synthesis of a CRS based on exergy analysis. This procedure involves four stages: (1) refrigeration system exergetic analysis; (2) optimization model development for simultaneous synthesis of refrigeration system and heat exchanger network (HEN); (3) HEN configuration; and (4) final solution validation. The exergy–temperature chart is used to comprehensively analyze a CRS. A mathematical model is presented to minimize total compressor shaft work of the HEN‐considered CRS, where multiple recycling loops satisfying all cooling/heating demands are simultaneously addressed. The optimal solution is examined by rigorous simulations to verify its feasibility and consistency. The efficacy of the developed methodology is demonstrated by a case study of a propylene CRS in an ethylene plant. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 2471–2488, 2015