生物乙醇制乙烯 工段 乙烯提纯过程的 模拟及动态分析

1. 生物乙醇制乙烯工段乙烯提纯过程的模拟及动态分析生物乙醇制乙烯工段乙烯提纯过程的模拟及动态分析 2011级硕士开题报告 报告人：孔 录 导 师：董秀芹教授 2012.10.31

2. 1. 5. 拟选课题国内、外的研究动态 拟采取的技术措施和办法 2. 6. 课题拟解决的主要技术问题 课题进展计划 3. 课题在理论和应用方面的意义 4. 完成课题的条件 Contents

3. 天然气 路线 乙烯 石油烃 热裂解 乙醇 脱水 一、拟选课题国内、外的研究动态 石油 炼制 生物质 石油 木薯 [1]谢开达. 国内外乙烯生产工艺的研究现状与展望[J]．广东化工. 2011, 38(2)：232.

4. 一、拟选课题国内、外的研究动态 乙烯的供需比较 Fig. 1 Chinese equivalent requirement for ethylene du ring 2005~ 2020 Fig. 2 Chinese self-sufficiency degree of ethylene during 2005~ 2020 [2]黄英明, 李恒, 黄鑫江. 生物乙烯研究进展. 生物加工过程[J]. 2008, 1(6): 1-6.

6. 一、拟选课题国内、外的研究动态 1、了解装置 经受动态负荷 的能力及可操 性作 2、分析 开停车及扰动 下的动态性能 为设计提供 依据 动态过程系统 模拟用途 5、教学 科研 3、对控制 方案进行 优选 4、培训 操作人员

7. 一、拟选课题国内、外的研究动态 基于Windows,动态建模 能用于实际工厂操作 ASPEN Dynamics 与ASPEN PLUS紧密结合 求解传统方法通常难以解决的实际问题 研究稳态性能的同时考虑可操作性

9. 一、拟选课题国内、外的研究动态 新型精馏 -蒸发-热泵集成 系统开车过程 的操作策略 与动态行为 液化天然气 气化站中BOG 压缩机运行的 动态模拟与 优化 聚丙烯装置 建模过程分 析及应用 丙烯精馏塔 动态模拟 浙江大学 化学工程与生物工程学系 中国石油唐山 液化天然气项目经理部 中国石油兰州 化工研究中心 天津大学化工学院 运用含有PR状态方 程的Dynamics通过 对天然气储罐压力 的动态模拟，得到 当蒸发气压缩机正 常运行时，在安全 压力范围内的波动 值从而进行动态模 拟和安全分析。提 出了蒸发气压缩机 的一个合理运行方 案 进行聚丙烯装置稳 态及动态模型的建 立和优化,发现建模 过程的关键在于确 定物性参数和应该 包括的反应，动态 模型建立过程所用 时间的长短取决于 稳态模型中断裂流 股问的计算误差和 控制回路的复杂程 度 将ASPEN Plus中的稳态流程导入到 Dynamics中，考察了进料量、进料组成及回流量的扰动对丙烯精馏塔的操作影响，主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量和丙烯浓度的波动上 使用Aspen Plus 稳态模拟了一种新 的天然植物多糖提 取液的分离流程 (DVH)比原有流程 节约一台蒸发设备 并实现显著的节能 效果,采用Dynamics 对DVH开车阶段动 态行为进行了模拟 和分析获得了较佳 的操作参数 参考文献：[3]~[6]

10. 一、拟选课题国内、外的研究动态 利用Aspen Plus模拟精对苯二甲酸(PTA)装置溶剂脱水共沸精馏塔，通过三元相图分析了进料组成对塔釜水含量及回流比的影响再导入Dynamics中，通过动态仿真对单塔板温度控制和双塔板温度控制两种方案进行比较 应用Aspen Plus和Dynamics,系统的分析了MeAc水解的反应精馏隔壁塔操纵变量与被控变量的配对关系，应用3个温度控制回路来间接控制产品质量及反应物之间的化学计量平衡克服了隔壁塔难于控制的瓶颈 用Aspen Dynamics对汽提塔的动态特性控制方案抗扰动能力以及对异常情况的响应等进行了讨论，分析了现有控制方案的不足并提出了改进方案,以保证系统安全平稳运行，质量指标控制稳定 用Aspen Dynamics 对单级混合制冷剂天然气液化流程进行动态模拟,讨论采用换热器出口的天然气温度来控制原料天然气的流量的控制方案时，各项操作参数发生变化对整个液化系统动态性能的影响 PTA装置溶剂脱水塔进料组分含量变化对塔分离效果的影响 单级混合制冷剂天然气液化流程动态特性模拟 动态模拟用于加压汽提塔控制优化 反应精馏隔壁塔水解醋酸甲酯的控制研究 华东理工大学 自动化研究所 哈尔滨工业大学 低温与超导技术研究所 仲恺农业工程学院 计算机科学与工程学院 中国石油大学 化学化工学院 参考文献：[7]~[10]

11. 一、拟选课题国内、外的研究动态 01 稳态流程模拟 在Aspen Plus中将流程连接完成 反应器选择RGIBBS N-butane Isomerization Column/Reactor Process 03 动态模拟 02 二个优化设计变量 给出各个设备参数进行动态模拟。考察上述哪个变量是影响精馏纯度的关键 回流比、侧线采出量 寻找一种组合使得能耗最小 [11]William L. Luyben. Control of an Isomerization Column/Reactor Process. Ind. Eng. Chem. Res.[J]. 2011,50:3382–3389.

12. 1.连接两个甲醇水精馏 流程。一个简单精馏， 一个严格精馏过程。进 行静态模拟 Distillation safety analysis 2.分别进行动态模 拟。考察塔顶冷凝 器的冷却水停止时 的工况 3.动态模拟当有扰动 在通往再沸器的流股 中时的工况 一、拟选课题国内、外的研究动态 [12]William L. Luyben. Rigorous dynamic models for distillation safety analysis. Computers and Chemical Engineering. [J]. 2012,40:110–116.

13. 一、拟选课题国内、外的研究动态 使用Aspen Plus对原油分馏塔进行模拟，并与实验数据相比较。考察对精馏产品影响较大的因素 Steady-state And Dynamic Simulation of Crude Oil Distillation 使用Aspen Dynamics考察进料流率变化时产品组成的影响，并以图像的形式进行比较。 使用Aspen Dynamics对两种控制进行比较，获得稳定时间短、偏离较小的方案。 [13] JumaHaydary, TomášPavlík. Steady-state and Dynamic Simulation of Crude Oil Distillation using Aspen Plus and Aspen Dynamics. Petroleum & Coal[J]. 2009, 51(2): 100-109.

14. 判断哪个 控制方案 更优 验证控制方案 是否可行 对流程 进行简化 加入扰动 输出结果 进行稳态 模拟 小结 ASPEN 动态模拟 确定体系中的变量因素 采用控制变量的方法 采用图像法输出结果 系统需多长时间重新达到稳态 波动期间是否超出生产警戒线 新稳态是否满足生产要求 将流程尽量简化 反应器RGIBBS 将设备等价转换 动态模拟的基础 需要加入设备的具体参数 尽量使模拟结果与实际生产相符

15. 第一步 第二步 第四步 第三步 ASPEN Plus ASPEN Plus ASPEN Dynamics ASPEN Dynamics 考察开停车过程以及 产生扰动时的工况 影响 连接流程静态模拟 流程简化，数据整理 动态模拟，选择控制点 查阅文献的收获 生物乙醇制乙烯工段过程模拟

16. 乙烯工段简图 二、课题拟解决的主要技术问题 [14]王静. 生物质乙醇制乙烯过程节能研究[D]. 大连理工大学. 2008.6.

17. 二、课题拟解决的主要技术问题 乙烯精馏 进料扰动 影响 进料位置 影响 开停车 动态研究 灵敏度分析 回流比 影响 热量冷量 扰动 [15]周柏兴,李炽章,宋维端. 乙烯精馏塔的动态模拟. 华东化工学院学报[J]. 1993, 19(4): 481-485.

18. 二、课题拟解决的主要技术问题 乙烯精馏段简图

19. 二、课题拟解决的主要技术问题 进料组成 进料量 冷凝器 冷量 再沸器 加热量 通过动态模拟实际运行过程中可能出现的扰动和操作 考察扰动产生后关键设备关键流股的工况 得到工况的变化数据，并且对控制方案进行优化和验证 开停车的动态问题

20. 课题的难点问题 二、课题拟解决的主要技术问题 该流程已经投入实际应用 动态模拟 设备的参数 控制点的选择 收敛的问题 开停车的具体流程 关键流股的确定 加入何种扰动 静态模拟 模块的选择 物性方法的选择 实际流程数据的处理 精馏塔的收敛

21. 三、课题在理论和应用方面的意义 2 1 本课题希望通过ASPEN Plus对生物乙醇制乙烯工段乙烯的提纯过程进行稳态模拟，获得对产品组成影响较大的因素，从而对生产实践有所指导 本课题希望通过ASPEN Dynamics进行动态模拟，对流程中出现扰动时的响应机制进行初步研究，提出适当的控制方案

22. 四、完成课题的条件 • 个人业务水平 • 熟练掌握ASPEN Plus 以及 ASPEN Dynamics软件的操作，熟悉所研究的流程。了解精馏塔的相关知识，复习热力学和化工原理的相关知识点。 • 实验室条件 • 实际流程的相关数据（作为验证模拟结果正确与否的标准）； • ASPEN及其各子软件； • 高性能计算机

23. 五、拟采取的技术措施和方法 继续熟悉软件 查阅相关资料 对重点流股进行 考察寻找对流程 影响最大的因素 对原流程的运行 数据进行整理作 为静态模拟的参考 课题 了解精馏塔的 结构和工作原理 对流程进行适当 合理的简化 发挥实验室优势 了解实际的开停 车过程

24. 六、课题进展计划 2013.09- 2014.05 2013.05- 2013.08 2013.01- 2013.04 2012.08- 2012.12 • 进行开停车以及加入扰动模拟紧急情况对整个流程的影响。撰写论文。 • 将流程导入到Dynamics中,解决这一过程中所出现的错误和收敛问题。 • 对所选工段进行数据整理和静态模拟为之后的动态模拟做好基础工作 • 熟悉软件，查阅相关文献，了解开停车的过程

25. 参考文献 [1]谢开达. 国内外乙烯生产工艺的研究现状与展望. 广东化工[J]. 2011, 38(2): 232-234. [2]黄英明, 李恒, 黄鑫江. 生物乙烯研究进展. 生物加工过程[J]. 2008, 1(6): 1-6. [3]孙卫国,伏妍,李洁等. 丙烯精馏塔动态模拟. 石化技术与应用[J]. 2008, 26(2): 153-156. [4]游存芳,李士雨. 聚丙烯装置建模过程分析及应用. 石化技术[J]. 2007, 14(2): 56-58. [5]张奕,艾绍平. 液化天然气气化站中BOG压缩机运行的动态模拟与优化. 石油与天然气化工[J]. 2011, 41(1): 53-57. [6]周禹成,吴嘉,林龙勇.新型精馏-蒸发-热泵集成系统开车过程的操作策略与动态行为.高校化学工程学报[J]. 2011, 25(1): 136-142. [7]赵国伟,尹全森,贾林祥等. 单级混合制冷剂天然气液化流程动态特性模拟. 节能技术[J]. 2009, 25(155): 315-317. [8]李绍军,吴超腾,曾根宝. PTA装置溶剂脱水塔进料组分含量变化对塔分离效果的影响. 华东理工大学学报(自然科学版)[J]. 2009, 35(1): 9-14. [9]孙兰义,张月明,李青松等. 反应精馏隔壁塔水解醋酸甲酯的控制研究. 石油化工[J]. 2009, 38(11): 1194-1200. [10]冯大春. 动态模拟用于加压汽提塔控制优化. 化学工程[J]. 2011, 39(3): 4-7. [11]William L. Luyben. Control of an Isomerization Column/Reactor Process. Ind. Eng. Chem. Res.[J]. 2011, 50: 3382–3389. [12]William L. Luyben. Rigorous dynamic models for distillation safety analysis. Computers and Chemical Engineering[J]. 2012, 40: 110–116. [13] JumaHaydary, TomášPavlík. Steady-state and Dynamic Simulation of Crude Oil Distillation using Aspen Plus and Aspen Dynamics. Petroleum & Coal[J]. 2009, 51(2): 100-109. [14]王静. 生物质乙醇制乙烯过程节能研究[D]. 大连理工大学. 2008. 6. [15]周柏兴,李炽章,宋维端. 乙烯精馏塔的动态模拟. 华东化工学院学报[J]. 1993, 19(4): 481-485.

26. 谢谢大家 敬请各位老师批评指导！