Разработка теплоэнерготехнологического комплекса совместного производства аммиака, метанола и энергоносителей

• Автор: Соколов, Алексей Федорович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список основных условных обозначений.

Введение.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние энергопотребления в производствах аммиака

и метанола

1.2. Пути снижения энергопотребления производств аммиака

1.3. Анализ вариантов реализации комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей.

1.4. Основы математического моделирования теплоэнерготехнологических комплексов.

1.5. Опыт моделирования энерготехнологических производств аммиака

и метанола.
Выводы по главе.
Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.
2.1. Определение цели моделирования. Разработка концептуальной модели.
2.2. Декомпозиция и детализация объекта исследования
2.3. Математическое описание свойств веществ и их смесей
2.4. Моделирование тепловых и физикохимических процессов.
2.4.1. Моделирование химических реакций, протекающих в теплоэнерготехнологическом комплексе
2.4.2. Моделирование процессов конденсации
2.4.3. Моделирование процессов теплообмена
2.4.4. Моделирование процессов теплообмена, протекающих при синтезе метанола
2.5. Моделирование тепловых и материальных балансов.
2.5.1. Тепловые и материальные балансы стадии переработки природного газа
2.5.2. Баланс производства и потребления пара высокого
давления.
2.5.3. Тепловые и материальные балансы производства основных продуктов
2.6. Моделирование схем с рециркулирующими потоками
2.7. Описание экономической модели теплоэнерготехнологического комплекса.
Выводы по главе
Глава 3. АЛГОРИТМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И ЕГО РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЭВМ.
3.1. Алгоритмы моделирования блока переработки природного
3.2. Алгоритмы моделирования блока выработки пара высокого давления
3.3. Алгоритмы моделирования блока синтеза аммиака.
3.4. Алгоритмы моделирования блока производства метанола.
3.5. Алгоритм расчета теплообменного оборудования
3.6. Реализация алгоритмов моделирования на ЭВМ.
Выводы по главе.
Глава 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПРОИЗВОДСТВА. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Технические решения по снижению энергопотребления комплексного производства.
4.1.1. Организация выработки и потребления пара среднего давления.
4.1.2. Организация выработки и потребления пара низкого давления
4.1.3. Дозирование кислорода в комплексное производство.
4.2. Основные результаты моделирования теплоэнерготехнологического комплекса
4.3. Оценка корректности разработанной математической модели
4.4. Моделирование режимов работы теплоэнерготехнологического комплекса
4.4.1. Режимы нагрузки теплоэнерготехнологического комплекса.
4.4.2. Баланс комплексного производства по пару.
4.4.3. Снижение расхода энергоресурсов при подаче кислорода
Выводы по главе
Заключение.
Список использованной литературы


Она складывается из предварительного концептуального моделирования процесса и его формализации, которые позволяют свести количественное и качественное изучение реальных и проектируемых теплоэнерготехнологических комплексов к исследованию их математических моделей, реализованных на ЭВМ с помощью современных программных вычислительных комплексов. На основе системного подхода разработана концептуальная модель теплоэнерготехнологического комплекса, отличающегося сложной многостадийной организацией процесса и наличием рециклов, а также комбинированным производством теплоносителей разного уровня. Разработана математическая модель теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей, описывающая процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физикохимические процессы. Создана новая математическая модель процессов тепло и массопереноса, протекающих в реакторе синтеза метанола, ориентированная на совместное рассмотрение вопросов генерации теплоносителей и получения целевого продукта. Разработаны алгоритмы реализации математической модели, позволяющие, в частности, быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры, необходимые для расчета комплексного производства. Математическая модель реализована на ЭВМ с помощью современных вычислительных комплексов, что позволяет достаточно просто и быстро проводить расчет балансов комплексного производства по тепловым и материальным потокам, выработке и потреблению энергоносителей, экономических показателей, а также выполнять поверочные расчеты теплообменного оборудования. С помощью разработанной математической модели проведены эксперименты по моделированию теплоэнерготехнологических схем комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей. Полученные данные являются основой для теплоэнергетического и техникоэкономического обоснования инновационного проекта комплексного производства с подбором оптимальных условий его реализации. Предложены оригинальные технические решения, такие как замена привода компрессора с электродвигателя на паровую турбину, организация выработки энергоносителей при производстве метанола, дозирование кислорода в производство, направленные на снижение потребления природного газа и электроэнергии. Эффективность решений подтверждена их теплоэнергетической и экономической оценкой путем расчета по разработанной математической модели. Апробация работы. ТОР Казань, . Публикации. Материалы диссертации изложены в 5 публикациях. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы наименований, 3х приложений и содержит 9 страниц машинописного текста, включая рисунка и 2 таблицы. Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Современное состояние энергопотребления в производствах аммиака и метанола. Сегодня в российской промышленности аммиак и метанол производятся на независимых агрегатах, построенных в г. Гкал на одну тонну произведенной продукции . Поэтому весь процесс развития этих производств представляет собой борьбу за снижение энергопотребления за счет оптимизации технологической схемы производства, усовершенствования конструкции реакторов, применения новых типов катализаторов и материалов . Основными источниками энергии для получения аммиака и метанола являются природный газ и электроэнергия, потребление которых весьма велико как в абсолютном, так и в удельном выражении. Поэтому эти производства называют самыми энергоемкими в химической промышленности . Затраты на природный газ и электроэнергию составляют большую часть в себестоимости продукции. Например, на ОАО Череповецкий Азот затраты на природный газ в себестоимости тонны аммиака возрастали следующим образом на агрегате ТЕС с ,6 в г. АМ с ,9 в г. Затраты на электроэнергию также значительно возросли агрегат ТЕС с 4,8 в г. АМ с 4,8 в г. В связи с этим в производствах аммиака под экономией энергии понимают прежде всего экономию природного газа и электроэнергии.