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炼厂气组合分离工艺设计与氢气系统优化

朱美倩  
【摘要】:随着高硫重质原油的加工量日益增加,炼厂中加氢过程得到越来越广泛的应用。氢气资源消耗日益增加,优化炼厂氢网络,回收炼厂气中的高附加值组分,提高产品质量,优化产业结构显得越来越重要。本文研究了氢气回收和炼厂气中高附加值组分回收,实现炼厂气分离与氢网络协同优化,同时也研究了氢网络压缩功优化的问题,在回收资源的基础上,进一步降低能耗。本文首先构建了集成轻烃回收的炼油厂氢气网络,提出集成轻烃回收的炼油厂氢气网络优化改造通用步骤。利用改进的问题表法确定氢网络的最小氢气公用工程用量,再选择富含轻烃的流股,采用Aspen HYSYS软件模拟轻烃回收过程,根据模拟结果以设计集成轻烃回收的炼油厂氢气网络改造方案。案例分析表明:集成轻烃回收的氢网络不仅能够回收加氢装置产生的低分气和干气中的轻烃组分,还可以进一步回收氢气。在集成轻烃回收改造方案三中,氢气回收效益每年可达3675万元,回收总效益每年可达11163万元。氢气利用率由85.62%提高到88.28%。集成轻烃回收的氢网络有更好的经济效益,更高的资源利用率,可以实现轻烃回收与氢气回收的协同优化。由于压缩功在氢气网络运行费用中占有重要比例。而且,单纯优化最小氢气公用工程用量,依然存在多种氢网络优化结构,不同氢网络结构的压缩功存在很大差异。为解决该问题,本文建立了优化氢气网络最小压缩功的数学模型,并用GAMS软件平台建模求解。本文提出的数学模型可用于设计在具有最小氢气公用工程的情况下,也具有最小压缩功的氢网络。案例结果表明:优化后的网络结构氢气公用工程用量为14.598 Sm~3·s~(-1),优化后氢网络最小压缩功为15.094 MW,与文献数据相符。针对该案例,设计出在最小氢公用工程用量情况下的19种不同网络结构,并计算其压缩功。结果表明,19种情况下的最小压缩功与数学模型计算值相符。验证了模型的正确性。最后,本文设计并模拟了炼厂气组合分离工艺。文中将炼厂气分离系统分为产氢系统、加氢装置系统及非加氢装置系统。采用耦合变压吸附,膜分离,吸收/解吸,低温精馏等多种分离方法,针对不同类别的炼厂气系统设计适合的组合分离工艺,最大化回收氢气的同时,联产其他的高附加值组分。针对案例数据,利用Aspen Plus流程模拟软件进行模拟。案例结果表明:组合分离工艺回收的炼厂气中氢气利用效率可达97.4%,可带来的回收产品经济效益每年可达13.83亿元,具有非常可观的经济效益,同时可以避免高附加值组分排放到燃料系统造成浪费,为建设资源节约型炼厂提供更好的集成优化转型方案。


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