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镇海炼化氢气网络优化研究

作　者: 刘军
导　师: 阳永荣
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 氢气管理网络合成质量集成夹点分析超结构建模压力等级
分类号: TE68
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

由于世界各国都在环境保护方面加强立法，要求炼油厂降低产品硫含量和氮含量，由此促进了加氢工艺的发展，世界范围内的炼油厂对氢气的需求都在不断增加。过去炼油厂的氢气来源以催化重整副产品氢气为主，由于在一系列对于燃料油性质的规定中还要求降低汽油中的芳烃含量，使得重整装置的加工量减少，也就减少了副产氢气的数量，使得炼油厂的氢气更加缺乏。因此炼油厂新建了各种燃料油(气)的制氢装置以满足加氢工艺的需要，但是，制氢装置建设和操作，导致了炼油厂生产成本的增加。针对这一问题，前人采用质量交换网络的方法对炼油厂氢气网络进行了研究，以尽量降低制氢装置的负荷，提出了边际效益夹点分析法，氢气纯度夹点分析法和超结构优化等方法，本文在前人的研究基础上进一步深化了对于氢气网络的研究，论文主要内容包括： (1)介绍了炼油厂中氢气需求的增长情况以及炼油厂为了应对氢气短缺而采用的各种方法，包括各种制氢方法和各种回收氢气的方法。然后介绍了当前质量交换网络的发展情况以及其主要研究方法。最后介绍了氢气网络集成的研究进展，为进一步的研究提供了坚实的基础。 (2)介绍了炼油厂生产的一般过程和镇海炼化各装置的规模、模型及操作数据。包括加氢精制、加氢裂化、催化重整、制氢和变压吸附装置。其中主要介绍了加氢装置的流程、需要的新氢及产生的高压弛放气、低压弛放气、脱硫化氢干气和瓦斯气的特点及可能的用途。重点分析了加氢装置各种操作条件对反应的影响。 (3)利用夹点法进行了炼油厂氢气网络的优化设计。首先区分了氢源和氢阱的概念，然后通过氢源氢阱复合曲线和氢气剩余曲线在合成网络之前以图形的方式指出了最小氢气使用量。并利用夹点匹配原则合成了新的氢气网络，实现最小氢气使用量的目标。每年可以节约668万元。夹点图还可以帮助选择提纯装置的流股，指出如果改变PSA的原料，可以每年进一步节省2723万元，为企业生产优化提供了理论依据。浙江大学硕士学位论文 (4)将压力等级的概念引入炼油厂氢气网络的优化方法中。氢气压力等级是重要的工程应用概念，以前很少有人在网络优化中加以考虑。本文结合某炼油厂扩产改造时氢气网络的特点，提出了使用超结构方法对氢气网络压力等级进行建模的示意图和数学模型，并选择了合适的优化算法。通过实例计算，发现镇海炼化氢气网络在扩建过程中采用3级压力等级方法:50Mpa，100仪[Pa和200MPa，配置3组大的压缩机即可实现氢气网络的优化运行，采用这种方法，比之对于氢气网络扩建的原设计可以每年节省3，23千万元的氢气费用，2.3亿元的压缩电费。说明超结构建模优化对于压力等级选择的有效性。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章综述  11-26
  1.1 炼油厂氢气需求的增长  11-15
  1.2 质量交换网络研究  15-19
  1.3 氢气网络集成的研究进展  19-22
    1.3.1 边际效益的夹点分析  19-20
    1.3.2 氢气纯度的夹点分析  20-21
    1.3.3 超结构优化方法  21-22
  1.4 本文研究内容及结构  22-23
  参考文献  23-26
第二章炼油厂生产简述  26-36
  2.1 炼油厂生产简述  26-27
  2.2 原油  27-28
    2.2.1 原油的烃类组成  27
    2.2.2 原油的非烃类化合物  27-28
  2.3 加工过程  28-32
    2.3.1 一次加工  28
    2.3.2 二次加工  28-30
      2.3.2.1 热破坏加工  28-29
      2.3.2.2 催化裂化  29
      2.3.2.3 加氢裂化  29-30
    2.3.3 三次加工  30-32
      2.3.3.1 催化重整  30
      2.3.3.2 加氢精制  30-31
      2.3.3.3 润滑油系统  31
      2.3.3.4 沥青、蜡的生产  31-32
  2.4 油品调合  32-33
  2.5 原油产品  33-36
    2.5.1 发动机燃料  33-34
    2.5.2 润滑油  34-35
    2.5.3 石油蜡  35-36
第三章镇海炼化氢气网络介绍  36-49
  3.1 镇海炼化概况  36-37
  3.2 加氢装置  37-43
    3.2.1 加氢精制  37
    3.2.2 加氢裂化  37-38
    3.2.3 一般工艺流程  38-40
    3.2.4 加氢工艺参数  40-41
    3.2.5 镇海炼化加氢装置  41-43
  3.3 连续重整  43-44
  3.4 制氢装置  44-45
  3.5 变压吸附  45-46
  3.6 小结  46-47
  参考文献  47-48
  附图: 氢气网络流程  48-49
第四章氢气网络夹点分析  49-65
  4.1 夹点技术  49-50
  4.2 氢源与氢阱  50-51
  4.3 夹点设计法  51-57
    4.3.1 夹点设计中数据的选择  51-53
    4.3.2 夹点图的画法  53-57
  4.4 实例研究  57-60
    4.4.1 氢气网络流程介绍  57
    4.4.2 夹点图  57-58
    4.4.3 应用夹点图设计氢气网络  58-60
      4.4.3.1 最小氢气使用量  58
      4.4.3.2 夹点匹配原则  58-59
      4.4.3.3 提纯装置的设置  59-60
  4.5 夹点设计中的其它问题  60-63
    4.5.1 当氢气剩余量为负的处理  60-61
    4.5.2 多种公用工程下的最小化目标  61
    4.5.3 过程改造中的夹点分析  61-62
    4.5.4 夹点设计综合应用  62-63
  4.6 结论  63-64
  参考文献  64-65
第五章炼油厂扩建过程中氢气网络压力等级的选择  65-82
  5.1 问题的提出  65-67
  5.2 压力等级设计的基本思想  67-68
  5.3 结合压力等级氢气网络设计的优缺点  68
  5.4 优化模型  68-76
    5.4.1 超结构模型  68-69
    5.4.2 含有压力等级的超结构  69-71
    5.4.3 压缩机分析  71
    5.4.4 优化目标  71-73
    5.4.5 约束条件  73-75
    5.4.6 优化算法  75-76
  5.5 实例研究  76-80
    5.5.1 氢气网络流程介绍  76-77
    5.5.2 现有的设计方案  77-78
    5.5.3 优化结果  78-80
  5.6 结论  80-81
  参考文献  81-82
致谢  82-83
作者在硕士期间撰写的论文  83

镇海炼化氢气网络优化研究

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