沼气制油过程风险动态仿真及多目标优化研究

摘要

随着能源工业的迅速发展，沼气作为一项极具应用前景的生物质能源，其开发和利用受到了国家的高度重视，利用沼气生产液态燃料成为沼气产业化的一个重要发展方向。但沼气制油技术在国内还处于初步设计研究阶段，易燃易爆有毒的工艺介质和高温高压的工艺条件决定沼气制油运行过程中存在着许多潜在危险有害因素。因此，沼气制油过程风险分析显得尤为重要，基于本质安全设计策略，对初步设计阶段工艺进行风险分析和多目标优化，可以在提高装置本质安全的基础上保障经济效益。 目前，沼气制油方面的研究有限，大多是以提高经济效益为主针对工艺进行分析优化，但未过多考虑沼气制油过程中存在的风险，容易造成过程风险和经济效益的失衡。基于沼气制油技术的发展及研究现状，本文综合分析各种多目标优化方法，利用化工流程模拟软件HYSYS对沼气制油过程进行稳态模拟，研究工艺运行过程中参数偏差对工艺的影响，确定主要影响参数及其安全运行范围，并结合HYSYS动态模拟进行偏差动态仿真，研究动态变化规律，量化事故后果及建议措施；基于HYSYS-MATLAB接口开发混合仿真平台，将HYSYS流程模拟与MATLAB优化算法相结合，构建基于HYSYS-MATLAB的多目标优化框架模型，并应用于沼气制油过程优化中，以本质安全和过程利润为目标进行多目标优化，确定最优进料条件，有效平衡厂区本质安全和经济效益。 最后，对沼气制油装置区布局进行设计和事故后果风险评估，结合FLACS仿真模拟对泄漏事故场景下的装置区布局进行风险评估，提出基于事故后果的布局方案，从工艺和布局两方面提高沼气制油过程的本质安全。通过模拟和仿真更切合实际，为沼气制油初步设计提出合理化的建议，为沼气制油技术在我国的应用和发展提供借鉴意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 沼气制油过程原理及模型建立

2.1 沼气制油过程原理

2.1.1 沼气制油过程

2.1.2 费托合成反应机理

2.1.3 费托反应催化剂

2.2 HYSYS过程建模基础

2.3 沼气制油HYSYS模型建立

2.4 本章小结

第3章 沼气制油过程风险分析及仿真研究

3.1 HYSYS过程风险动态模拟及量化分析方法

3.1.1 HYSYS动态模拟需求

3.1.2 基于工艺偏差的动态模拟与风险分析

3.1.3 沼气制油过程HYSYS动态建模

3.2 沼气制油过程风险分析

3.2.1 沼气制油过程风险分析

3.2.2 沼气制油过程HAZOP分析

3.3 沼气制油过程稳态模拟分析

3.3.1 甲烷重整过程分析

3.3.2 费托合成过程分析

3.4 沼气制油过程风险动态模拟分析

3.4.1 甲烷重整进料流量波动

3.4.2 甲烷重整进料温度波动

3.4.3 沼气制油过程风险量化分析

3.5 本章小结

第4章 沼气制油过程多目标优化方法研究及应用

4.1 基于HYSYS-MATLAB多目标优化模型

4.1.1 HYSYS与MATLAB混合仿真平台

4.1.2 多目标优化

4.1.3 基于HYSYS-MATLAB的多目标优化模型

4.2 沼气制油过程多目标优化

4.2.2 本质安全目标

4.2.3 经济目标

4.2.4 决策变量和约束条件

4.3 优化结果与分析

4.4 本章小结

第5章 沼气制油装置区布局设计及风险评估

5.1 沼气制油过程装置区平面布局设计

5.2 沼气制油装置事故场景构建

5.2.1 FLACS软件简介

5.2.2 橇装式沼气制油装置FLACS建模

5.2.3 事故场景构建

5.3 沼气制油装置风险评估

5.3.1 合成气泄漏扩散规律研究

5.3.2 合成气泄漏火灾爆炸可能性及后果分析

5.3.3 合成气泄漏扩散对比分析

5.4 本章小结

第6章 结论及展望

6.1 主要研究结论

6.2 主要创新点

6.3 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢