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工程热物理学报 2022年第10期43卷 2580-2593页

作者：王凯张涵玮周霞荣杨一鸣方松徐焯人植晓琴邱利民浙江大学制冷与低温研究所杭州310027 浙江省制冷与低温技术重点实验室杭州310027 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州310014

低温空分系统是煤化工、冶金和航天等重要领域的关键支撑之一。然而,作为低温空分系统最大的耗能单元,空气压缩机的效率提升已接近瓶颈,压缩能耗居高不下,产生大量低品位、低能量密度的压缩余热,有效利用该部分余热可望成为提升压缩过... 详细信息

低温空分系统是煤化工、冶金和航天等重要领域的关键支撑之一。然而,作为低温空分系统最大的耗能单元,空气压缩机的效率提升已接近瓶颈,压缩能耗居高不下,产生大量低品位、低能量密度的压缩余热,有效利用该部分余热可望成为提升压缩过程能效的重要突破口。本文首先从热力学角度对不同压缩过程进行了分析,总结了空分应用中压缩过程的主要特点,分析了减少压缩能耗的基本方向。在此基础上,对低温空分系统中压缩余热的特殊性进行了总结凝练。最后,立足于直接热利用和能量品位提升两个视角,从相对广义的压缩余热利用逐步聚焦到空分系统内压缩余热利用,综述了国内外的相关研究进展,并展望了空分压缩余热利用的未来研究与应用方向。

关键词：余热回收低温空分有机朗肯循环空气压缩低品位热能

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基于（火用）分析的低温热泵空分精馏研究

基于（火用）分析的低温热泵空分精馏研究

作者：李健辉浙江工业大学

学位级别：硕士

(?)分析是评价节能效果并指导流程节能改造的重要手段。本文基于(?)分析对低温空分精馏的双效流程和热泵流程进行了能效评价,提出了一种适用于多级压缩热泵精馏流程节能优化设计的简化方法并用于设计。本文研究工作主要包括以下三个方面... 详细信息

(?)分析是评价节能效果并指导流程节能改造的重要手段。本文基于(?)分析对低温空分精馏的双效流程和热泵流程进行了能效评价,提出了一种适用于多级压缩热泵精馏流程节能优化设计的简化方法并用于设计。本文研究工作主要包括以下三个方面：1.对低温空分精馏的双效流程进行(?)分析,确定其(?)效率和(?)损瓶颈,评价了增加压缩机的级数、提高压缩效率以及设置低压塔中间再沸器等措施的节能效果。同时建立热泵流程并进行(?)分析,确定复热后压缩并设置多级压缩热泵循环提高(?)效率的节能设计思路。2.针对多级压缩热泵精馏流程优化命题的复杂性,结合热泵循环的T-s图和CEGCC曲线提出了一种用于该流程节能优化的简化方法。以丙烯热泵精馏为例,评价了该方法在指导多级压缩热泵流程节能优化设计时的准确性。3.将多级压缩热泵精馏节能优化的简化方法用于低温热泵空分流程的优化设计。通过简化方法估算了二级压缩热泵空分流程的节能目标,并给出流程严格模拟所需参数的初值,在流程模拟软件中还原了该流程。将通过严格模拟和简化方法确定的最优操作条件和流程能耗进行比较,结果显示简化方法在这两方面都表现了很好的准确性。最终利用该简化方法估算了三级压缩热泵空分流程的节能目标与优化设计参数。

关键词：低温空分 (?)分析多级压缩热泵精馏简化方法

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低温空分规整填料塔混合级模型建模研究

低温空分规整填料塔混合级模型建模研究

作者：吴钊浙江大学

学位级别：硕士

19世纪八十年代以来,为适应工业发展的需求,低温空气分离系统开始被广泛用于氧、氮、氩等气体的生产。而今,日益严峻的能源环境形势和飞速发展的半导体工业对空分系统的发展起到了极大的推动作用。这无疑将为其进一步发展带来巨大的机遇... 详细信息

19世纪八十年代以来,为适应工业发展的需求,低温空气分离系统开始被广泛用于氧、氮、氩等气体的生产。而今,日益严峻的能源环境形势和飞速发展的半导体工业对空分系统的发展起到了极大的推动作用。这无疑将为其进一步发展带来巨大的机遇,但与此同时,也将带来巨大的技术挑战,因为它们要求单套空分系统的产能更高,单位产品能耗更低,与其他系统耦合度更高,系统整体运行更加安全稳定。相关研究表明,过程优化控制对满足这些要求具有重要意义,而兼备准确和求解快速特点的过程机理模型则是过程优化控制的关键。目前,描述精馏过程的机理模型主要可分为两大类：基于平衡级假设的平衡级模型和基于实际传热、传质的非平衡级模型。总体而言,由于平衡级假设的引入,前者在求解上较为简单,但为了修正平衡级假设带来的误差,这一模型通常需引入经验参数板效率或等板高度,而它们的不确定性使得平衡级模型的精确度没有非平衡级模型高。针对现有空分精馏过程机理模型中存在的问题和不足,本文开展了以下工作： 1.通过大量阅读相关文献,总结了目前国内外低温空分技术发展的趋势,分析了其中对空分系统节能降耗具有较大潜力的方式,重点论述了过程优化控制的重要意义,从而间接阐明了过程机理模型对低温空分系统运行的重要意义。 2.在此基础上,系统整理了19世纪80年代以来国内外各单位所开展的过程机理模型的研究,总结了平衡级模型和非平衡级模型的发展历程,以及它们各自的特点及成功应用案例。进而,结合当前精馏动态控制的需求,介绍了在上述两个模型基础上衍生而来的不同动态模型的发展,尤其是它们在低温空气分离领域的应用,为后续研究工作的展开奠定了基础。 3.通过考虑规整填料强化传热及促进混合的特性,在非平衡级模型的基础上引入级间热平衡假设,建立了规整填料塔的混合级模型。此后,通过引入分离效率函数的方法,得到了能够采用三对角矩阵进行求解的控制方程组,这一方法不同于传统非平衡级模型求解中采用的牛顿迭代法,无需进行相关热力学函数的偏导运算,因而更为快捷有效。 4.采用Fortran语言编程实现了上述模型的求解过程,并将整个模拟结果同商业软件Aspen Plus的模拟结果进行对比,结果表明,该模型模拟结果与Aspen Plus模拟结果吻合良好,验证了整个建模及求解方法的可靠性。 5.在上述求解方法的基础上,进一步通过改变进料量、进料位置等参量,分析了模型的稳态特性。并采用基于平衡态热力学的用分析和基于非平衡态热力学的炯分析法,对相关参数分布曲线中的奇点进行了分析,从热力学角度探讨了进料量、进料位置等对精馏工况的影响。

关键词：低温空分优化控制混合级模型 Aspen Plus (?)分析

基于LNG冷能氮膨胀制冷的空分工艺优化研究

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基于LNG冷能氮膨胀制冷的空分工艺优化研究

作者：张晨西南石油大学

学位级别：硕士

随着国内天然气消耗量的日益增长,进口液化天然气(LNG)成为补充国内天然气缺口的重要途径,但由于LNG采购与销售定价方式的差异,导致了进口 LNG购销价格严重倒挂。冷能利用对LNG接收站本身的经济和产业发展的促进不可忽视。随着世界科学... 详细信息

随着国内天然气消耗量的日益增长,进口液化天然气(LNG)成为补充国内天然气缺口的重要途径,但由于LNG采购与销售定价方式的差异,导致了进口 LNG购销价格严重倒挂。冷能利用对LNG接收站本身的经济和产业发展的促进不可忽视。随着世界科学技术与经济的高速发展,各行各业对氧气和氮气的需求量大幅增加,这大大推动了空气分离技术的发展。开发节能、高效的空气分离技术逐渐成为了空分行业发展方向。因此,研究利用LNG冷能的低温空分工艺,对于降低液态空分产品生产成本,提高接收站的经济效益具有十分重要的意义。本文的研究目的是基于化工过程设计理论、最优化理论和改良的(?)分析方法,完成利用LNG冷能氮膨胀制冷的低温空分工艺优化。具体包括以下内容:(1)工艺中主要物流LNG与空气的物性分析,主要包括:不同条件下LNG气化过程的(?)值和冷量释放情况分析;氮气、氧气、空气基础物性及液化过程不同压力下的T-H曲线分析;精馏过程空气的相平衡分析;确定LNG冷能回收及空气液化分离过程的主要参数变化趋势,以此作为LNG冷能空分工艺设计及优化研究的基础。(2)对相变制冷、单级氮膨胀制冷、双级氮膨胀制冷、一级半氮膨胀制冷和膨胀前预冷的氮膨胀制五种制冷方式在不同的LNG气化压力下的制冷效果及耗能情况进行了研究,发现相变制冷适用于气化压力很低且对气化压力波动适应性较差的接收站。氮膨胀制冷方式的适应性较强,在不同的LNG气化压力下均有较好的制冷效果。并确定了不同LNG气化压力下本研究所需制冷深度的最优制冷方式。(3)基于大连LNG接收站的进料数据,优选膨胀前预冷的氮膨胀制冷方式,提出完整的LNG冷能氮膨胀制冷空分工艺,并利用HYSYS软件建立整体工艺的稳态模型,并对LNG入口参数、氮循环的循环压力与循环量和空气液化压力进行了参数分析。以能耗最小作为优化目标,建立优化模型完成参数优化,优化后整体工艺的单位液态产品能耗为0.4229kWh/kg,较同类实际工艺减少了 10.9%,说明该工艺有较好的节能效果。(4)为打破传统(?)分析方法的局限,找到工艺系统主要设备有效能损失的原因,引入了改良的(?)分析方法,将设备(?)损失按照可避免内源性、可避免外源性、不可避免内源性和不可避免外源性进行划分,建立各设备改良的(?)分析模型并利用线性回归简化计算过程。绘制氮循环系统的(?)流框图,建立系统整体的(?)分析模型,并提出基于改良(?)分析的优化方法。(5)基于改良(?)分析方法,对参数优化后的膨胀前预冷的氮膨胀制冷系统中的主要设备和整体系统进行计算分析,找到引起设备(?)损失的主要原因,提出优化方案,对比各方案的单位液态产品能耗和系统(?)效率完成方案优选。优化方案的(?)效率较原方案提高了近30%,单位液态产品能耗减少了 6.6%,验证了基于改良(?)分析的优化方法的可行性。对最优方案在LNG气化量、LNG气化压力波动时的适应性进行了研究,并提出了工况变化时的参数调整方向,同时发现在各工况下,优选方案的性能均优于原工艺。

关键词： LNG冷能氮膨胀制冷低温空分优化改良(?)分析

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空气分离装置优化

空气分离装置优化

作者： SIBHAT KIFLEGIORGIS 天津大学

学位级别：硕士

低温技术是工程领域的一个分支,主要研究低温制冷理论的应用问题,如低温下气体液化等现象。为了分离空气中的氮气、氧气和氩气,空气需要被冷却到其临界温度以下并进行精馏。但将空气冷却到临界温度并不容易,首先要除去空气中的水分和二... 详细信息

低温技术是工程领域的一个分支,主要研究低温制冷理论的应用问题,如低温下气体液化等现象。为了分离空气中的氮气、氧气和氩气,空气需要被冷却到其临界温度以下并进行精馏。但将空气冷却到临界温度并不容易,首先要除去空气中的水分和二氧化碳、乙炔等气体,然后进行低温制冷,这其中包括能耗较高的空气压缩过程,该过程至少需要5 bar的压力。计算机辅助工艺设计程序即流程模拟软件广泛的应用于工艺设计中。Aspen Technology公司的Aspen Plus软件是目前化学和热力学过程工业中使用的主要流程模拟软件之一。本文以某12784 kmol/hr的空气分离装置为背景,采用Aspen Plus软件进行流程模拟,研究了过程的温度、压力、浓度分布、产品回收率和能耗等影响因素。由于空气分离装置中主要的能量消耗来自空气压缩机,因此进行流程优化以降低空气压缩机的能耗。本文的主要工作如下:（1）收集空气分离装置现场数据,选择P-R方程为物性方法,使用Aspen Plus软件进行模拟,模拟结果与工厂数据吻合良好。为了简化模型,模拟中仅考虑氮气、氧气和氩气,并省去了空气过滤和分子筛纯化单元。（2）该工厂空气进料量为12784 kmol/hr,进料压力和温度分别为1.02 bar和27.5℃。进料空气通过多级压缩和中间冷却后压力达到6 bar。之后,空气将在多流股换热器中进行冷却,其中6334 kmol/hr的空气将直接送至精馏塔,剩余空气压缩至30 bar并通过膨胀机和节流阀膨胀降温。（3）空气分离装置的主要能耗来自于进料的空气压缩机。在该工厂中,有6450 kmol/hr的空气被压缩至30 bar而消耗了大量的能量。所以,本文优化空气分离装置,将所有空气压缩至6 bar而不改变进料条件,并对比了优化前后的操作参数。（4）该工厂生产2476 kmol/hr氧气、2190 kmol/hr高纯氮气和72.9 kmol/hr氩气,其能耗为36515 k W,优化后的工厂能够生产2493 kmol/hr氧气、2160kmol/hr高纯氮气和62.2 kmol/hr氩气,其能耗为26254 k W。尽管氩气产量减少了8%,但优化后的装置可以节省28%的能耗。通过优化空气分离装置,有效降低了过程能耗,节约了生产成本。

关键词：低温空分低温精馏塔节能优化 Aspen Plus

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LNG接收站冷能综合利用研究

化工管理 2020年第2期 167-167页

作者：于海丽娄庆中海油石化工程有限公司山东济南266101 青岛安燃工程咨询有限公司山东青岛266000

随着国内LNG接收站项目越来越多,规模不断增大,冷能利用就显得更为重要。冷能利用的方式很多,如冷能空分、发电、冷库、制冰、冰雪小镇、低温粉碎、轻烃分离等,但在方案选择时应充分考虑接收站周边企业情况,建立循环经济,促进节能减排,... 详细信息

随着国内LNG接收站项目越来越多,规模不断增大,冷能利用就显得更为重要。冷能利用的方式很多,如冷能空分、发电、冷库、制冰、冰雪小镇、低温粉碎、轻烃分离等,但在方案选择时应充分考虑接收站周边企业情况,建立循环经济,促进节能减排,提高冷能利用率。目前国内常用的方式有低温空分、冷库、制冰等。文章主要以某接收站为例,进行冷能综合利用方案研究分析。

关键词： LNG冷能低温空分燃机联合发电