基于MTO工艺模拟的生命周期评价及换热器优化仿真研究
乙烯丙烯(简称双烯)是重要的工业原料，是稳定经济的重要保障。双烯大规模生产的同时也带来各种环境问题，随着近年来提出的“双碳”和新能源政策，行业内愈发重视各项环境指标。本文以甲醇制烯烃(MTO)工艺为研究对象，以化工模拟技术和生命周期评价方法为手段，对整个工艺进行环境影响评价;为提高能量回收效率，对管壳式换热器进行改良，并利用流体仿真技术对其进行验证计算。 首先，以大量文献数据为基础对MTO工艺进行了严格的流程模拟。在高温反应阶段，通过多个反应器组合模拟出流化床反应器，载以合适的反应动力学，保证了产物分布的准确性，通过换热网络优化回收热量;在预分离段为反应产物去除杂质并加压，为后续阶段提供分离条件;在深冷分离阶段,利用前脱丙烷分离序列对双烯进行提纯,同时模拟了复叠制冷循环。通过模拟计算，获得了整个工艺物质与能耗的输入输出清单，为MTO工艺的环境影响评价打下坚实的基础。 然后，根据工艺模拟数据，基于生命周期评价理论对整个MTO工艺进行环境影响评价研究。本文采用了 Ecoinvent3.0数据库，使用ReCiPe2016方法对MTO工艺进行评价。利用该评价方法先对各工艺阶段进行对比分析得出初步评价结果，再对各个工艺阶段进行单独评价分析，识别关键过程，得出重要的环境影响类别和关键影响因子。 最后，为了提升流股间换热器的热量传递效率以及降低换热器壳程流体的动能损失，本文在传统管壳式换热器的壳程增加了旋转叶轮,通过有限元流体仿真计算发现，该旋转装置在提升了传热效率的同时还降低流体动能损失，明显改善了换热器的热传递性能。 本文通过工艺模拟汇总工艺运行数据，使用生命周期评价工具对整个工艺进行研究，结果表明反应阶段的原料需求以及深冷分离阶段的能源需求对环境的影响占了很大的比例;通过有限元流体仿真对改进的管壳式换热器进行计算，发现其可以提升换热效率，未来可进一步降低工艺的能量消耗。
甲醇制烯烃;化工模拟;生命周期;环境影响评价;换热器;优化设计;能量回收效率
北京化工大学
硕士
材料与化工
刘志平;张家仁
2023
中文
TQ221.2
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）