天然气制合成油过程全系统能量优化方法研究

天然气制合成油（GTL）技术对于保障国家能源安全、满足环境保护需求具有重要意义。GTL过程工业化面临的主要问题是投资和操作费用巨大，全过程的系统能量集成和优化是降低生产成本的关键之一。常规的过程集成方法不考虑反应过程与其背景过程（包括精馏和循环、换热网络及公用工程等子系统）之间的协调关系，不能保证全过程的能量最优利用。为此，本申请提出了逐步适应、循环调优的能量集成思路，采用夹点分析方法，针对GTL过程合成气制备和费托合成部分的能量集成优化，通过研究GTL过程中反应的不同转化率、收率与产物分离要求、系统能量需求之间的规律，建立反应过程及其背景过程之间相互影响和约束的关系。并在此基础上根据背景过程能量总复合曲线的形状和夹点位置，研究反应与其背景过程之间的最佳协调与适应策略。为扩展过程集成的基础理论和方法，实现化工过程全系统能量集成优化奠定基础。

天然气制合成油(GTL)技术对于保障国家能源安全、满足环境保护需求具有重要意义。目前，GTL过程面临的主要问题是投资和操作费用巨大，过程系统的能量集成可有效的降低生产成本。常规的能量集成方法一般不考虑反应器与其背景过程的关系，不能确保能量的最优利用。为此，本项目提出了包括反应器在内的全过程能量集成思路，采用夹点分析方法，进行GTL全过程的能量优化研究。. 作为能量集成的基础，本项目首先对天然气制合成油过程进行了全流程模拟，确定了自热重整反应器的进料组成和费托合成反应器的操作条件对CO转化率以及液态烃选择性的影响。. 提出了包括反应器子系统的全过程能量集成的策略：先进行反应器的能量分析和优化，根据确定的反应条件，进行分离系统的集成，优化分离的操作条件。然后进行反应与分离系统的协调集成，确定最终的操作条件。最后对换热网络与公用工程进行优化，达到最终全过程能量集成的目的。. 首先研究了反应器的能量集成，根据反应器与其背景过程总复合曲线的协调关系，确定反应器放置的合理性。通过反应器曲线与过程曲线之间的关系优化反应条件，确定最佳的进料温度和反应温度。根据确定下来的反应条件，分析了分离系统与其背景过程总复合曲线的关系，确保分离系统放置的合理性。运用精馏塔的总复合曲线，优化精馏塔的进料位置、回流比和预热温度。由于精馏塔操作条件的改变影响了反应器背景过程总复合曲线的形状，因此需要重新进行反应器的能量集成。根据反应与背景过程、分离与背景过程和反应与分离过程的循环协调，最终确定了反应和分离过程的操作条件。最后采用夹点分析方法，根据反应与分离过程的能量需求，优化了换热网络和公用工程。. 对规模为17000 bbl/d合成油的GTL装置进行的能量优化结果表明，较优的换热网络方案每年可节省的公用工程费用为37380000美元，约需0.6年即可回收改造成本，可取得明显的节能效益和经济效益。