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石化过程低温热能利用的综合研究

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目录

摘要

符号说明

前言

1 文献综述

1.1 国内外低温热利用现状

1.2 低温热能同级利用

1.3 低温热能升级利用

1.3.1 利用热泵回收低温热能

1.3.2 低温热能制冷

1.3.3 低温热能发电

1.4 低温热能利用的前景

1.5 课题的主要研究内容和目标

1.5.1 课题的研究内容

1.5.2 研究框图

1.6 本文创新点

2 机械压缩式热泵的流程研究

2.1 机械压缩式热泵的原理

2.2 压缩式热泵分类

2.2.1 单级机械压缩式热泵

2.2.2 多级机械压缩式热泵

2.2.3 复叠式热泵

2.3 压缩式热泵动力的选择

2.4 压缩式热泵系统的关键设备和选型

2.4.1 热泵压缩机

2.4.2 换热器

2.4.3 节流部件

2.5 压缩式热泵系统的性能评价

2.5.1 热泵供热系数COP

2.5.2 热泵压缩比

2.5.3 单位容积制热量

2.5.4 蒸发压力和冷凝压力

2.5.5 压缩机排气温度

2.6 本章小结

3.机械压缩式热泵的模拟研究

3.1 机械压缩式热泵数学模型

3.1.1 蒸发温度和蒸发压力的确定

3.1.2 压缩机出口压力(冷凝压力)的确定

3.1.3 热泵的出口温度和压缩功的计算

3.1.4 冷凝器热负荷和出口温度的计算

3.1.5 工质经节流阀后温度及压力的确定

3.2 模拟流程的建立

3.2.1 物性方法的选择

3.2.2 单元模块的选择

3.2.3 流股撕裂和收敛方法的选择

3.3 模拟值与实验值的对比

3.4 单级压缩式热泵的应用策略

3.4.1 单级压缩式热泵温升的确定

3.4.2 过热度和过冷度的确定

3.4.3 单级压缩式热泵工质的选择

3.5 多级热泵的应用策略研究

3.5.1 不同形式多级热泵性能比较

3.5.2 多级热泵温升的确定

3.5.3 多级热泵最大温升的确定

3.6 热泵流程构建策略

3.7 本章小结

4 吸收式热泵研究

4.1 吸收式热泵的分类和基本构成

4.1.1 吸收式热泵的分类

4.1.2 吸收式热泵的基本构成

4.2 吸收式热泵的原理

4.3 吸收式热泵的热力系数

4.4 吸收式热泵的模拟

4.4.1 真实组分与表组分

4.4.2 吸收式热泵循环的基本模块

4.4.3 吸收式热泵流程模拟

4.5 吸收式热泵应用策略研究

4.5.1 第一类吸收式热泵应用策略

4.5.2 第二类吸收式热泵应用策略

4.6 本章小结

5 其它利用方式以及低温热能综合利用策略研究

5.1 低温热能发电的原理和流程

5.2 低温热泵发电流程模拟

5.3 低温热能综合利用策略构建

5.4 本章小结

6 低温热能利用实例

6.1 MTBE裂解制异丁烯装置流程简述

6.1.1 原料预处理与裂解反应

6.1.2 产物分离部分

6.1.3 产物精制部分

6.2 精馏塔的用能现状

6.3 低温热能利用方案的确定和模拟

6.4 热泵流程经济评价

6.4.1 节省的总操作费用

6.4.2 设备投资费用

6.4.3 投资回收年限

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果

声明

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摘要

石化行业产生大量余热,这些余热温度低,通常被当作废热扔掉。但这些热量的温度往往比环境温度高许多,设计相应的余热回收装置,回收这部分热量,经济效益可观。石化行业低温热能的利用可以从两个途径出发,即同级利用和升级利用。同级利用,即作为直接加热用热源。但是在热阱数量不足的时候就会造成大量可用低温热源的浪费,这个时候就要考虑升级利用,即可以采用诸如热泵、低温朗肯循环发电、低温制冷、低温海水淡化等技术,使低温热转变为工艺可用的动力、冷或较高温位的热。低温热利用途径和方法很多,目前还没有一个完整的综合利用方案。提出石化行业低温热综合利用的策略成为急需解决的问题。
  论文对几种低温热能利用的途径进行研究,并利用Aspen Plus对机械压缩式热泵、第一类和第二类吸收式热泵、低温热能发电等流程进行模拟。通过模拟对各种利用途径的实际应用进行探讨。对机械压缩式热泵的温升、过热度和过冷度、工质的选取以及多级热泵的应用进行了研究。研究结果表明:单级压缩式热泵的最大温升为45℃;最佳过热度为2℃,最佳过冷度为5℃;冷凝温度在60-80℃范围内最佳工质为R152a,在80-110℃温度区间内R143综合性能最优,在110-160℃温度区间内R123最优;复叠式热泵综合性能优于其它形式多级热泵;多级热泵的最大温升受工质的限制,在目前的工质范围内,最大温升可达115℃。通过模拟对影响吸收式热泵温升的因素进行了研究,研究结果为:提高蒸发压力和吸收剂浓度有助于温升的提高;H2O-LiBr吸收式热泵性能要优于NH3-H2O吸收式热泵;第一类吸收式热泵可回收利用的热源温度为30-60℃,供热温度为50-80℃,系统供热系数为1.4-1.8;第二类吸收式热泵可回收利用的热源温度为60-100℃,供热温度为100-150℃,系统供热系数为0.4-0.6。通过对简单低温热能发电流程的模拟得出:当低温热能供热比较稳定时,低温热能发电是很好的利用低温热能的手段。
  论文最后提出了石化企业低温热能综合利用的策略,通过该策略提出MTBE裂解制异丁烯装置低温热能利用方案,即采用二级复叠式热泵形式。经过经济评价得出该方案的设备投资回收期为1.97年,可以作为实际实施的方案。实例证明论文提出的低温热能利用策略可以为石化企业选择和设计低温热能利用方案提供借鉴。

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