乙烯压缩循环制冷系统乙烯回收改造方案研究

摘要

乙烯是世界上产量最多的化学产品之一，广泛应用于各个领域。在丁基橡胶装置中，乙烯作为制冷剂，提供-76～-110℃的等温冷量。为了达到丁基橡胶装置所要求的制冷温度，乙烯压缩机循环制冷系统部门区域需要在负压下运行，由于系统不能绝对严密，故微量空气会进入乙烯制冷系统内。为了保证生产安全运行，必须对乙烯制冷系统中的不凝气进行定期排放。大量的乙烯会随着不凝气一起进入火炬系统中，造成了巨大的资源浪费。对排放的气体中乙烯回收，是很有必要的。目前现场为深冷法回收，但回收效果不佳，乙烯回收率为56.7%，去火炬气体中乙烯摩尔分率依然高达94.7%。针对以上问题，本文设计了膜分离法和精馏法回收流程并进行优化，又提出了精馏-膜分离耦合法回收乙烯，进一步提高乙烯回收率，减少去火炬气体中乙烯。 在Aspen HYSYS模拟软件中，建立了乙烯压缩循环制冷和深冷分离法回收乙烯流程，模拟结果表明流程主要参数的模拟值与实际值误差在2%以内，证明了所选择的PR状态方程和操作单元模型的准确性。 建立了膜分离法、精馏法和精馏-膜分离耦合法回收乙烯模拟流程，并进行优化。膜分离法回收乙烯优化后的操作条件为，进气压为1540kPa，温度为30℃，膜面积为4.6m2，乙烯回收率为93.5%，去火炬气体中的乙烯摩尔分率为73.1%。 精馏法回收乙烯优化后的操作条件为：填料层高度为1.5m，进气压力为1740kPa，塔顶温度为-100℃，乙烯回收率为99.7%，去火炬气体中的乙烯摩尔分率为9.8%。 精馏-膜分离耦合法回收乙烯优化后的操作条件为：填料层高度为1.5m，进气压力为1740kPa，塔顶温度为-100℃，乙烯回收率为99.9%，去火炬气体中的乙烯摩尔分率为4.6%。 精馏-膜分离耦合法与膜分离法相比，膜面积减小4.5m2。与精馏法相比，要达到相同回收乙烯效果，塔顶温度可以提高了15℃。深冷分离法、膜分离法、精馏法和精馏-膜分离耦合法，四种回收乙烯方法相比，精馏-膜分离耦合法优于其他回收方法。对精馏-膜分离耦合法回收乙烯进行设计，回收装置经济效益为208.8万元/年，投资回报期为1.3月。

目录

声明

引言

1文献综述

1.1乙烯压缩循环制冷系统及尾气排放

1.1.1乙烯压缩循环制冷系统

1.1.2乙烯制冷系统尾气排放

1.2乙烯回收的方法

1.2.1深冷分离法

1.2.2膜分离法

1.2.3精馏法

1.3化工过程模拟

1.3.1化工过程模拟技术简介

1.3.2化工过程模拟技术发展

1.3.3模拟软件Aspen HYSYS简介

1.3.4物性方法

1.3.5操作单元模型

1.3.6模拟软件Aspen HYSYS应用

1.4选题依据及研究内容

2流程模拟的建立与验证

2.1物性方法的选择

2.2操作单元模型的选择

2.3重要参数定义

2.3.1气体分离膜参数

2.3.2工艺评价参数

2.3.3经济性参数

2.4工艺模拟流程建立和准确性验证

2.4.1工艺模拟流程建立

2.4.2制冷系统和深冷分离回收乙烯工艺流程参数的准确性验证

2.5回收方法流程建立

2.5.1膜分离法流程模拟

2.5.2精馏法流程模拟

2.5.3精馏-膜分离耦合法流程模拟

2.4小结

3回收乙烯的模拟计算

3.1膜分离法回收乙烯的模拟结果与讨论

3.2精馏法与精馏-膜分离耦合法回收乙烯的模拟结果与讨论

3.2.1填料层高度的影响

3.2.2进气压力的影响

3.2.3塔顶温度的影响

3.3小结

4回收乙烯方法对比及实例设计

4.1回收乙烯方法对比

4.1.1模拟结果对比

4.1.2经济效益对比

4.2实例设计

4.2.1装置设计规模和基础设计数据

4.2.2技术方案说明

4.2.2公用工程规格

4.2.3经济效益核算

4.3小结

结论

论文创新点与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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