石化企业氢气网络集成开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会的发展、国内经济的增长，我国对石油产品的需求量日益增加，而我国自产的石油并不能满足日益增长的需求量，因此进口量逐年增加。而随着国际原油价格的不断攀升，我国进口石油中，含硫、含酸、含氮重质原油成分越来越多，使得炼油厂尾气排放无法达标。

氢气是一种洁净的绿色能源，其完全燃烧的产物仅为无污染的水。在石化行业中，它既是石油炼制和石油化工的副产品，又是石油炼制和石油化工加氢工艺过程的重要原料资源。随着国际上原油重质化和劣质化的趋势愈来愈明显，而市场对油品质量的要求越来越高和环境保护法规的不断加强。在环境保护法规方面，欧盟和美国首先加强了对尾气排放的严格控制，因此许多炼油厂降低了催化重整的深度，增加炼油产品的加氢处理深度。加氢工艺在炼油企业得到了广发的应用，以满足日益提高的产品质量和环保要求。氢气作为一种原料资源的重要性越来越明显。

然而，新建制氢装置所需投资大、操作费用高。又由于工业上采用蒸汽转化法制氢是以石脑油、炼厂尾气或甲烷为原料，所以在生产氢气的同时，排放大量的二氧化碳温室气体。因此，为了减少氢气消耗，需要从工艺入手，通过优化工艺来节约氢气用量。炼油厂在调整氢气平衡方面有一定程度的灵活性，但仍无法满足氢需求量的大幅度增长。最初为了减少氢气消耗，仅对单个装置进行优化改进，比如改造净化提纯装置，虽然能够取得一定成效，但效果不是很理想。因为在整个氢气网络系统中，不同装置之间是相互影响、相互联系的，要使氢气消耗量最小，需要将氢网络系统作为一个整体来集成研究。通过氢气网络优化，使得氢气消耗量最小。

2. 研究的基本内容与方案

（1）研究的基本内容：本课题主要研究石化企业氢气网络供应方案。需要建立一个超结构，首先要综合考虑氢气系统中的供氢装置、耗氢装置、提纯装置、管网等各种因素，然后对装置进行分类，确定氢源和氢阱，在系统中建立从氢源到氢阱所有的可能连接。然后建立数学模型来描述所建立的结构网络，确定模型的各种约束条件。

（2）研究目标：以总的供氢费用最小为目标函数，综合考虑氢气流量、纯度、压力和环境保护法律法规所要求的对尾气成分规定等因素，然后选择合适的优化算法进行计算，求得最优的氢气供应方案。

（3）拟采用的技术方案：以石化企业的现有氢气网络为例，利用现有的工业实际数据，以上诉步骤对石化企业的氢气网络进行结构的构建和模型的建立，确定各种约束条件，然后进行优化集成，确定优化后的氢气工艺网络方案，以使得供氢费用最小化。MATLAB是一款专业数学软件，可用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。用MATLAB软件中的优化工具箱解决氢网络中所建立的线性规划问题，求取氢气网络的优化集成供应方案。

3. 研究计划与安排

第3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需相关资料，确定方案，完成开题报告；

第4-5周：详细阅读相关文献，对所研究内容作更进一步的了解，选取一篇英文文献进行翻译，所翻译汉字5000字以上；

第6-9周：根据石化企业实际工艺流程，建立氢气网络流程模型，确定模型的约束条件、目标函数等，查找石化企业中的实际记录数据；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张毅.炼油厂氢气网络集成技术的研究[d].浙江:浙江大学,2003.

[2] 张毅, 阳永荣, 刘军等.炼油厂氢气网络集成管理[j].石油学报(石油加工),2004(01):58-62.

[3] 鄢烈祥.化工过程分析与综合[m].北京: 化学工业出版社,2010.