冷箱脱甲烷系统能量耦合建模与全局优化

黄伶翔，叶贞成，沈菲菲，钱锋

华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室

摘 要：乙烯分离装置中冷箱脱甲烷系统的冷量消耗占全装置的50%以上。采用Aspen plus对改进的前脱丙烷流程的冷箱脱甲烷系统以及乙烯、丙烯压缩透平系统进行能量耦合建模,其中分凝分离器（Dephlegmator）、脱甲烷塔、乙烯塔和压缩机等关键设备模拟结果与实际数据相对误差在2%以内。构建冷箱脱甲烷系统全局优化模型,根据生产工艺分析,确定优化变量为不同等级冷剂用量和裂解气出口温度,通过灵敏度分析得到优化变量对系统能量消耗和乙烯损失的影响。使用序贯二次规划法（SQP）求解有约束非线性规划模型（NLP）,优化后乙烯损失量由71 kg·hr^-1降至35 kg·hr^-1高压蒸汽消耗总量减少0.6%,系统能量消耗和乙烯损失经济加权目标函数值较优化前降低2.83%,实现了系统能质高效利用。

关键词：冷箱脱甲烷系统;能量耦合建模;分凝分离器;全局优化;能质高效利用;