Введение к работе
Актуальность темы
Современное развитие химической, нефтехимической и смежных отраслей промышленности требует поиска новых перспективных путей повышения эффективности действующих и вновь проектируемых производств. Одним из таких перспективных путей является рациональное использование природных энергетических и сырьевых запасов путем оптимальной организации взаимодействия внутренних, в том числе, вторичных ресурсов. Для реализации этого пути необходимы качественно новые технологические решения функционирования энергетических подсистем, осуществляющих переработку природных энергоресурсов и вторичной энергии, а также интенсификации процессов получения целевых продуктов. При этом химико-технологические процессы (ХТП) преобразования вещества рассматриваются в тесном взаимодействии с энергетическими блоками и подсистемами, образуя в совокупности единую энерготехнологическую систему (ЭТС).
Основной задачей при создании энерготехнологических замкнутых систем является организация оптимальной взаимосвязи материальных и энергетических превращений, находящихся в тесном взаимодействии. Поэтому, назрела необходимость разработки стратегии организации ЭТС, позволяющей объединить массовые и энергетические характеристики ХТП в единый энерготехнологический цикл. Под энерготехнологическим циклом понимается совместное преобразование вещества и энергии, осуществляемое в замкнутой ЭТС на основе использования системы рециркуляционных связей. Отличительная особенность подобных ХТС, которой обладают современные производства метанола и совместного синтеза метанола и высших спиртов (ССМ и ВС), заключается в наличии рециркуляционных материально-энергетических контуров, существенно превышающих расход и энергию исходного потока сырья, поступающего в схему заданной структуры.
Основные научные исследования выполнены в соответствии с координационными планами Государственных научно-технических программ "Теоретические основы химической технологии", "Ресурсосберегающие и экологически чистые процессы металлургии и химии".
Цели и задачи исследования
-
Разработка и формализация принципов оптимальной организации систем совместных преобразований вещества и энергии в ХТС заданной структуры.
-
Разработка методики оптимальной организации технологических режимов ХТС заданной структуры на основе энерготехнологических циклов (ЭТЦ).
-
Выявление особенностей, оценка эффективности превращсниіі вещества и энергии в процессе ССМ и ВС и определение оптимальных значений технологических параметров на основе разработанной методики.
-
Разработка программно-алгоритмического обеспечения для определения оптимальных технологических режимов отделений синтеза производств метанола и высших спиртов.
5. Проверка в промышленных условиях полученных решений по
интенсификации действующей схемы синтеза метанола и выдача
рекомендаций по созданию проектируемого агрегата ССМ и ВС.
Научная новизна.
Разработана методика оптимальной организации ХТС на основе сочетания методов эксергетического анализа, векторной оптимизации и термодинамического анализа энерготехнологических циклов ХТС. Анализ энерготехнологических циклов позволяет вскрыть альтернативные возможности материальных и энергетических превращений в ХТП и намечает пути создания энерго- ресурсосберегающих ХТС. В работе нашла свое отражение взаимосвязь превращения вещества и энергии на уровне химико-технологической системы, отвечающая многоуровневой природе энергетических и массовых воздействий и отражающая характер макро- и микроструктуры химико-технологического процесса и системы в целом. Сочетание методов эксергетического анализа и векторной оптимизации позволило формализовать задачу поиска оптимально организованной ХТС.
Разработана методика выбора оптимально организованной ХТС с учетом возможности определения альтернативного оптимального технологического режима, обеспечивающего компромисс между оптимальными условиями переработки вещества и энергии, потребляемых и перерабатываемых в ХТП данной системы. Предложенный подход к решению данных задач может быть использован как для определения оптимальной организации действующих ХТС заданной структуры, так и для вновь проектируемых объектов химической технологии.
Практическое значение паботы.
На примере производства метанола и высших спиртов на основе формализованной постановки задачи поиска альтернативного оптимального технологического режима и энерготехнологических циклов приведен анализ функционирования и получены результаты интенсификации действующего производства метанола, а также предложены новые технологические решения проектируемого производства ССМ иВС.
Для реализации разработанной методики создано программно-алгоритмическое обеспечение, состоящее из отдельных программных модулей, ориентированное на определение альтернативных оптимальных технологических режимов схемы синтеза метанола и использованное при анализе действующего производства Новомосковской АК "АЗОТ". На
основе материалов обследования данного производства и проведенного анализа была выявлена возможность повышения эффективности ХТП за счет перераспределения расходов газа по холодным байпасам в реакторах синтеза и между элементами энергетической части системы. Предложенная методика прошла опытную проверку в отделении синтеза производства метанола Новомосковской АК "АЗОТ" и позволила снизить энергопотребление на 1.5 % на тонну метанола-сырца, что соответствует экономическому эффекту 1.5млп. руб. в год.
Апробация работ.
Результаты работ доложены на:
на XII Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-98 (г. Москва, 1998г.)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.
Структура и обьем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы, содержащего 221 наименование и приложений. Работа изложена на 168 страницах печатного текста, включает 34 рисунка и 13 таблиц.