基于火积的化工过程节能策略与方法研究

Energy conservation is a long-term development strategy for China's sustainable development, but also a China's basic national policy. Energy conservation are researched based on the theory of entransy and combining the first and second laws of thermodynamics. Therefore, this project has important scientific significance and is of great practical significance for achieving sustainable development of China's national economy. Method for determining energy targets based on “entransy”is established by the concept of “entransy” and “entransy dissipation” ,using qualitative and quantitative analysis of the thermodynamic. And then the potential of energy conservation and direction are identified. Based on “the law of conversation of energy” and " entransy dissipation extremum principle", aiming at minimum entransy dissipation, determine the heat exchanger structure and corresponding load distribution between material streams, exchanger network synthesis method is established to achieve a reasonable energy match between energy supply and consumption .Through the study of entransy and characteristics of various types of chemical processes and the example analysis of the synthesis of heat exchanger network, construction of heat exchanger networks based entransy dissipation is proposed and design principles and steps to achieve a better heat exchange network .,which are verified with Diesel Hydrogenation plants. Through applied research, this paper will explain how to obtain optimum heat exchanger network by optimal design.

节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，也是我国的基本国策。基于火积理论，结合热力学第一定律和第二定律，进行化工过程节能研究，因此本项目具有重要的科学意义，对实现我国国民经济持续发展具有重大的现实意义。项目基于热力学的定性和定量分析，根据火积和火积耗散的概念，建立基于“火积”的能量目标确定方法，明确节能的潜力与方向；基于“能量守恒”和“火积耗散极值原理”，以最小火积耗散为目标，确定物流间匹配换热的结构以及相应的换热负荷分配，建立基于“火积”的换热网络综合方法，实现供能与用能双方合理匹配；通过对火积及各种类型化工过程特点的研究，分析基于火积耗散的换热网络综合实例，提出构建基于火积耗散的换热网络的策略，总结出基于火积获得较优换热网络流程的设计原则和步骤，并以柴油加氢装置进行验证，评价其合理性。通过应用研究，说明如何通过优化设计，获得较优的换热网络流程。

节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，也是我国的基本国策。基于火积理论，进行化工过程节能研究，对高耗能的过程工业实现节约资源、提高能源的利用率，对实现我国国民经济持续发展具有重大的现实意义。.基于温度-热流（T-Q）图，通过绘制冷、热组合曲线，计算出公用工程火积量、冷、热物流的火积耗散量、火积回收量，从而确定基于火积的换热网络能量目标。通过分析基于火积的换热网络综合问题，提出了火积量守恒准则、火积耗散量最小准则、温差最小准则和热势能传递不可逆性准则的4个换热网络匹配准则。利用这些原则，建立了基于火积的换热网络设计方法及具体步骤。.从基于熵、基于火用、基于夹点和基于火积的化工过程适应性比较研究中，归纳出不同化工过程对这四种分析方法的选取原则。根据化工过程的不同特点、节能任务及要求，提出了基于火积的化工过程节能策略。.为了验证基于火积的化工过程节能策略的正确性，对柴油加氢装置和汽油吸附脱硫装置进行基于火积的换热网络节能研究。结果表明：利用基于火积的换热网络综合策略，柴油加氢装置得到了与能量目标一致的最高火积传递效率换热网络，实现了节约热公用工程47.72 %和冷公用工程41.19 %，火积传递效率从69.77 %提高到92.29 %，投资回收期为1.80年；汽油吸附脱硫装置得到了与能量目标一致的最高火积传递效率换热网络，实现了节约热公用工程75.75 %和冷公用工程71.60 %，火积传递效率从77.63 %提高到91.07 %，投资回收期为0.38年。结果验证了基于火积的换热网络综合策略的正确性。并通过两个装置换热网络的节能研究，都得到了与能量目标一致的换热网络，又证明了该策略的通用性。.将火积理论用于能量目标确定及换热网络设计是本项目的特色和创新之处。基于火积的换热网络综合策略，以热效率为优化目标，指导换热网络的合成，实现能量最大回收利用，本研究的成果具有重要的科学意义和广泛的应用前景。