炼厂气组合分离工艺与氢气系统协同优化

Refinery off-gas contains plenty of high-valued components, such as hydrogen, methane, ethane, ethylene, propone, propylene and butane. The hybrid separation process can be utilized for the separation and recovery of high-valued components and concentration of hydrogen. The concentrated hydrogen-rich gas stream can be used as hydrogen source of hydrogeneration process and it leads to the capacity reduction of hydrogen production plant. The coordination optimization of hydrogen system integrated with hybrid separation of refinery off-gas can be a good method for effective utilization of resource and enhancement of economic benefit. .The research will be conducted on the coordination optimization of hydrogen system integrated with hybrid separation of refinery off-gas and the investigation on the coordination mechanism of mass – heat – work integration and optimization. Next, the optimum scheduling model of hydrogen system integrated with hybrid separation of refinery off-gas will be explored and the mechanism of mass integration and adjust/control of operation parameters for the separation process will be investigated. It aims to achieve effective utilization of resource and enhancement of economic benefit. The project will deepen and extend the development in both theory and industrial application of process integration and optimization.

炼厂气中含有大量的高附加值组分，包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯及丁烷等。利用组合分离工艺可实现炼厂气中高附加值组分的分离回收和氢气的提浓。提浓的富氢气体流股可作为加氢过程的氢源，从而减少制氢装置的负荷。炼厂气组合分离工艺与氢气系统协同优化，是炼油企业实现资源有效利用和提高经济效益的有效途径之一。本项目拟建立炼厂气组合分离工艺与氢气系统协同优化模型，研究两者质量—热量—功量协同集成优化机制，提出集成炼厂气组合分离工艺的氢气系统调度优化模型，探究两者质量集成的协同作用和组合分离工艺的操作参数调控机制，以达到资源有效利用和经济效益最大化。项目融合了多学科知识，所得成果使过程系统集成领域的研究进一步深化和拓宽。本项目的研究不仅理论意义重大，而且工程应用前景广阔。

炼厂气组合分离工艺可实现炼厂气中高附加值组分的分离回收和氢气的提浓。提浓的富氢气体流股可作为加氢过程的氢源。炼厂气组合分离工艺与氢气系统协同优化，是炼油企业实现资源有效利用和提高经济效益的有效途径之一。本项目开展了浆液法吸收-吸附耦合分离H2/CH4，H2/CO2，H2/CO等含氢混合气的相平衡实验，建立了吸收-吸附耦合相平衡模型，设计了不同分离要求的分离工艺流程并建立了流程模拟的数学模型，以最大化氢气回收率和单位产品能耗最小化为目标，建立了多目标优化模型，优化了操作参数。针对炼厂气，丙烷脱氢反应气的分离，建立了精馏、吸收、变压吸附、膜分离等单元和组合分离工艺的全流程模拟模型，采用灵敏度分析手段优化了操作参数。建立了天然气重整制氢，柴油加氢和加氢裂化装置的机理模型、数据关联模型及基于数据的自助聚合神经网络模型，以预测产品气的物流数据。提出了共享制氢装置提纯单元的氢气系统集成优化的新模式以及集成轻烃回收的炼油氢气系统优化改造通用方法，建立了耦合炼厂气分离，氢气透平回收压力能的多组分氢气系统优化的数学模型，揭示了质量-功量协同集成优化及其对系统性能的影响规律。建立了氢气系统调度优化的数学模型，最小化调度周期内系统运行成本，实现炼油企业氢气系统的调度优化。本项目开发了浆液吸收-吸附耦合分离提纯氢气的新工艺，建立了新型氢气系统优化改造的数学模型，为炼油氢气系统集成优化提供了新工艺和新模型。项目执行期间，发表SCI收录论文10篇及收录论文1篇，中文学术期刊论文2篇及收录论文2篇。