吸收-水合复合法分离低碳混合气体的过程模拟与优化

摘要

本论文针对催化裂化干气和催化裂解气低能耗分离低碳烯烃的需求，结合较高浓度油吸收效率高、较低浓度水合效率高的优势，开发了一种用于分离低碳气体混合物的吸收-水合复合工艺。现有的流程模拟软件中均没有关于水合物的物性计算方法，为了模拟和评估所开发的流程，本文参考现有的热力学理论，在方程导向的建模环境中编写了多相相平衡计算程序，并根据动力学实验的结果，使用时间正交离散的方法，拟合了乙烯水合动力学参数。以动力学和热力学模型为基础，建立了水合操作单元的模型，并将模型成功地链接到流程模拟软件中；在流程模拟软件中构建了整个吸收-水合复合流程，以经济性评估为参考，优化了流程操作条件。计算结果表明，吸收-水合流程的年平均费用比传统吸收法低12％；同时发现，虽然水合物能够有效回收低浓度的C2，但是对于高浓度的C2，由于其内部的大小孔结构，水合物并不能提供较高的选择性。最后，针对大规模流程高效模拟的需求，讨论了化工系统工程的发展方向，包括更先进的建模工具、全局优化、计算容错和并行计算等，提出了一种实现热耦合流程全局优化的框架，该框架包括并行的全局优化算法、简化的操作单元模型、帮助流程收敛的渐变边界法以及挟点分析等内容，该框架适用于优化复杂的热耦合系统。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1低碳产品高效分离研究的重要性

1.2水合物基础知识及其分离低碳气体的原理

1.3水合物热力学模型研究现状

1.4水合物动力学模型研究现状

1.5 C1/C2分离方法综述

1.6 本文的工作

第二章 气-液-液-固多相体系的热力学与动力学建模

2.1热力学建模

2.2动力学建模

2.3 本章小结

第三章 吸收-水合复合过程中操作单元建模与分析

3.1水合复合流程的整体流程设计

3.2操作单元建模与分析

3.3本章小结

第四章 几种低碳烃回收方法对比与分析

4.1多级吸收-水合复合流程

4.2烷烃吸收法

4.3本章小结

第五章 大规模流程模拟与优化关键技术分析

5.2大规模流程高效模拟与优化中关键技术分析

5.3一种并行的全局优化框架

5.4本章小结

第六章 结论

符号解释

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢