考虑多对耦合源阱的氢网络优化方法及其应用

在氢网络中,氢源氢阱通常连接于同一个耗氢反应器,为耦合源阱;反应器操作参数的改变影响该耦合源阱参数。在同一个氢网络中可能存在多对耦合源阱,考虑多对耦合源阱的氢网络优化能够进一步为炼厂降低氢耗,提高经济效益。通过分析氢网络的公用工程与多对耦合源阱的关系,推导确定了公用工程迁量与反应器耗氢以及耦合源阱之间的方程。据此建立了耗氢反应器参数和氢网络图像集成优化方法。案例研究表明,该方法简单、容易理解,能够直观给出公用工程迁量与反应器进口温度之间的关系。     

储氢提纯和氢网络的耦合优化

基于氢网络的集成以及AB₅型储氢材料LaNi_4.75Fe_0.25及LaNi_4.85Al_0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi_4.75Fe_0.25及LaNi_4.85Al_0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯的节氢能力和公用工程节省量与提纯参数的关系,确定最优提纯氢源浓度、最大公用工程节省量、储氢材料量和吸氢时间。用该方法对某炼厂氢网络和储氢提纯单元进行优化,结果表明,最优提纯氢源浓度为70%,提纯后公用工程可节省23.72%; LaNi_4.85Al_0.15作为储氢提纯材料优于LaNi_4.75Fe_0.25,其消耗量为991.26kg。     

炼厂多杂质氢网络的集成

利用演化法对某炼厂多杂质氢网络进行优化。在考虑源阱之间的各种匹配可能和氢源之间的互补可能基础上,依次求取最大匹配流量矩阵（M矩阵）、潜在匹配流量矩阵（P矩阵）和最优匹配流量矩阵（O矩阵）,确定系统的最小公用工程消耗量为1495.83 m³·h^-1,其节约量为1004.17m³·h^-1,占现行新氢消耗量的40.2%。此外,根据O矩阵确定了相应的最优氢分配网络。     

提纯回用氢系统优化

过程氢源的提纯回用能够减少氢气公用工程用量,是炼油厂节氢降耗的有效途径。今利用改进的问题表确定提纯回用氢系统的最小氢公用工程用量和最优提纯装置入口流率。改进的问题表法将能够顺利确定多股外部氢源(氢气公用工程和提纯产品气)的流率目标值并识别废氢流股。案例文献的优化结果表明,文中所提出的方法能够克服原文献仅有一股过程氢源提纯回用的局限,氢公用工程用量和废氢流股的流率分别减少了8.6%和7.2%。     

多工况氢网络压缩机配置和运行优化

炼油厂在实际运行过程中,加氢装置处理的原料油性质发生变化以及生产负荷调整,都会导致加氢单元耗氢量的变化。构建了具有中间管网的定结构氢网络优化模型,该模型包括供氢单元、氢气公用工程管网/中间管网、压缩机、加氢单元、燃料系统以及它们之间的固定连接关系。在常规氢网络中引入压力为1600 psi(1 psi=6.895 k Pa)的中间管网,可以减少一台加氢装置的新氢备用压缩机,设计阶段可少投资一台压缩机,即实现了新氢压缩机的优化配置。针对加氢单元正常/高/低负荷3种工况,对具有中间管网的氢网络进行了优化,得到了不同工况下流股的流量分配和压缩机的启停策略,从而实现多工况氢网络的运行优化。     

多工况氢网络压缩机配置和运行优化

炼油厂在实际运行过程中，加氢装置处理的原料油性质发生变化以及生产负荷调整，都会导致加氢单元耗氢量的变化。构建了具有中间管网的定结构氢网络优化模型，该模型包括供氢单元、氢气公用工程管网/中间管网、压缩机、加氢单元、燃料系统以及它们之间的固定连接关系。在常规氢网络中引入压力为1600 psi（1 psi=6.895 kPa）的中间管网，可以减少一台加氢装置的新氢备用压缩机，设计阶段可少投资一台压缩机，即实现了新氢压缩机的优化配置。针对加氢单元正常/高/低负荷3种工况，对具有中间管网的氢网络进行了优化，得到了不同工况下流股的流量分配和压缩机的启停策略，从而实现多工况氢网络的运行优化。     

氢网络的夹点分析与优化

通过分析炼厂不同氢源、氢阱、氢气净化提浓单元等氢气网络的组成特点,采用夹点分析法对某企业的氢源、氢阱进行分析与计算,以氢气纯度、流量为约束条件,同时考虑压力、杂质的影响。通过耦合、调整氢源-氢阱网络等措施,优化后的氢气网络PSA负荷降低39.14%,制氢单元负荷降低27.11%,氢气压缩机减少2台,实现了增加氢气来源,降低氢气成本的目的。     

运用多氢源匹配法设计氢分配网络

石油炼化企业中氢网络的优化对提高氢资源的利用率意义重大,以降低氢消耗和简化集成方法为目标提出了一种氢回用网络的设计新方法。在向一个氢阱分配氢源时,优先分配内部氢源,并将浓度刚好高于和刚好低于该氢阱入口浓度的氢源进行匹配利用,从而最大限度地降低外部氢源消耗。对文献中几个实例的研究表明,本文方法得到的结果可与文献方法得到的目标值相媲美,而设计步骤简单计算量小,可用手算即能完成,说明本文提出的方法是可行的。另外,本文方法不仅可以得出氢消耗目标值,还可以同时得出氢网络设计。     

氢系统关键氢阱最优氢浓度的确定

氢气网络优化时一般将氢阱氢浓度降低至最低限制浓度,以获取最大可能的节氢效果,然而这会降低系统操作弹性。分析了在氢阱氢浓度降低的过程中,有可能出现夹点位置的改变,从而导致节氢量-氢阱氢浓度曲线斜率的减小以及氢气网络中要考虑的其他经济因素,提出了在氢阱氢浓度降低过程中找出最优浓度并在此浓度下进行系统优化的方法,使得氢阱氢浓度降低幅度不大但系统的节氢效果较为显著。以某炼厂为例,通过选择关键氢阱,分析该关键氢阱氢浓度与系统节氢量的关系,确定最优浓度,系统优化后节氢量为42.81 mol·s^-1,占现行系统新氢用量的21.58%。结果表明,该方法可在氢阱氢浓度降低较小的情况下实现较好的节氢目的。     

考虑效率的功交换网络问题表格法

功交换网络与换热网络和质量交换网络存在类似性.本文将夹点技术推广到功交换网络,提出了确定功交换网络最小公用工程功消耗量的问题表格法.该方法中,根据功源功阱压力从高到低顺序将压力可分成若干区间,通过计算每个区间的剩余功和亏缺功,确定系统的最小公用工程功消耗量,计算亏缺功时可同时考虑功量交换的传递效率.这种方法可同时确定功...     

基于反应器-换热网络耦合的C4+烯烃裂解装置催化剂再生周期优化

为了研究烯烃催化裂解装置催化剂失活对系统的影响,优化催化剂再生周期,构建了考虑催化剂失活的反应与换热网络通用集成模型。基于反应和催化剂失活动力学、换热网络集成原理和公用工程迁移规律,构建了反应器-换热网络耦合集成模型,可确定反应器参数和换热网络目标能耗随催化剂失活的变化规律,以单位产品的平均能耗为评价指标优化催化剂再生周期。据此模型探讨了烯烃催化裂解装置催化剂活性变化对反应器出料组成、温度、换热网络最小公用工程用量以及单位产品平均能耗的影响规律,确定了催化剂的最佳再生活性为0.8,最佳再生周期约为4.5天。优化后,单位产品平均生产能耗可降低41.5%。     

轻烃回收装置换热网络的夹点分析与优化

介绍了夹点技术及其应用,并结合项目实例,对某炼厂轻烃回收单元换热网络进行了夹点分析与优化,充分利用系统内部换热。优化后的换热网络加热公用工程总消耗节省了2 157.7 k W,节能18%;冷却公用工程总能耗节省了3 080 k W,节能24.8%,公用工程耗量的减少给全厂带来可观的经济效益。     

功热交换网络综合的研究进展

功和热是化工工业中使用能源的两种最主要方式,由于流股压力、温度操作需要消耗大量的功热,因此研究功热的协同利用对于提高过程整体能源利用率具有重要的意义。本文首先概述了基于热力学分析的功热交换网络综合的研究情况,以系统?耗最小为目标探讨压缩机、膨胀机优化配置与换热网络用能瓶颈的耦合关系,揭示了功热协同利用的作用机制。然后系统地总结了以年度总费用最小为目标的数学规划模型综合功热交换网络的研究进展,探寻压力操作路径、流股功/热交换匹配、公用工程消耗量及设备投资之间的有效权衡;最后对后续研究进行展望,指出可进一步探究考虑流股冷热性质判定的功热交换网络同步综合、公用工程系统优化与功热交换网络同步设计的耦合等。     

中低温煤焦油加氢装置循环氢系统的工艺设计及研究

本文对煤焦油加氢装置的氢耗、循环氢流量和压力进行工艺模拟设计,并与该装置初期运行得到的反应器和循环氢的工艺参数进行了比较、分析和验证,得到氢耗的工艺设计误差为14%。采用一套循环氢系统可以满足加氢精制反应系统和加氢改质反应系统所需的压力,相对两套循环氢压缩系统,压缩机设备成本节约3 7.5%。工艺设计能够满足初期运行的要求。     

集中式提纯器的设置与具有中间等级氢气网络的优化

氢气系统的集成与优化对于炼厂合理配置氢气资源和降低生产成本具有重要意义。针对具有中间等级氢气分配网络系统,本文提出了先确定中间等级状态再设置集中式提纯器的氢气网络分步优化模型,分析了在具有中间等级氢气网络中优化设置集中式提纯器的策略,并通过实例阐明了本文所提出方法的有效性。研究表明:对于具有中间等级的氢气网络系统,集中式提纯器应设置在氢源与中间等级之间,本文所提出的优化方法不仅使氢气网络结构具有可扩充性,而且可降低氢气公用工程的用量,减少炼厂的用氢费用。     

炼厂公用介质平衡及优化系统的开发应用

根据洛阳石化公司公用工程系统的实际运行情况,结合管网结构参数等信息,构建公用介质平衡及优化系统,以此为手段,加强公用工程系统监控,提高公用介质的产耗平衡率,优化系统运行,降低系统波动。     

多杂质氢气分配网络的动态优化研究

通过对某炼厂建立的氢气分配网络超结构模型,考察氢气所含杂质波动对氢气分配网络的影响规律。结果表明不同装置H_2S浓度的波动对氢气公用工程用量呈现出不同的影响规律。通常氢气用量较大装置中H_2S浓度波动对氢气公用工程的用量影响较大,但如果该装置H_2S浓度过高,无法作为其它装置的氢源,则其对氢气公用工程的用量影响较小。     

乙烯装置预冷系统换热网络的节能优化

利用虚拟温度法(流股有效温位)对国内某乙烯装置冷箱系统进行用能诊断分析,找出过程系统的用能"瓶颈",并针对低温过程传热温差较小以及冷公用工程采用中间公用工程的特点,提出了低温过程多流股换热器网络的综合方法;该方法能够有效的利用冷热流股的有效温位,使冷公用工程的操作费用达到最小,得到合理的换热网络,并且在优化流股传热温差贡献值过程中,考虑了各流股温度、传热膜系数和换热器材质的影响,因此可以用于不同材质、不同传热膜系数低温换热网络的设计和优化;将该方法应用于国内某乙烯装置冷箱系统的综合中,与现场用能情况相比,冷公用工程用量降低了44.5%;结果表明该方法在工程中是可行的.     

具有最小压缩功的氢网络优化设计

炼油厂用氢装置多在高压下操作,为此配置有很多新氢和循环氢压缩机用于提升氢气流股的压力,从而消耗大量的压缩功,同时大量地增加了炼油厂的操作费用。因此,氢网络的优化,除了需要优化氢气公用工程的用量,减少整个网络的压缩功也十分重要。本文借鉴邻近算法的思想,进一步考虑压力约束,提出了改进邻近算法以及压力-浓度图,能够设计具有最小压缩功的氢网络。案例分析所求得的最小压缩功为16.435 MJ,压缩机数目为9个,比文献优化结果减少两个。     

碳二加氢等温反应过程模拟与操作参数优化

以碳二加氢等温管式固定床反应器为研究对象, 利用计算流体力学(CFD)方法建立了与外界有热量交换的二维均相流反应器模型, 通过添加气固能量方程, 建立了多孔介质区内部热交换与气固耦合传热的两温度模型。采用遗传算法对反应的动力学参数进行了拟合, 并以加氢选择性最优为目标函数, 对碳二加氢反应的入口氢炔比与反应器的冷却温度进行优化, 得到最优氢炔比为1.18, 最优的冷却温度为334.66 K。最后根据模拟与优化结果, 分析了氢炔比和冷却温度对加氢反应选择性的影响, 对提高加氢反应器的操作性能具有重要的意义。