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随着石化产业结构的不断调整与环保要求的日益增加,炼油厂广泛应用加氢裂化装置与加氢精制装置来调整产品结构,提升产品质量。炼厂对氢气的需求量日益紧张,用氢成本已经成为炼厂仅次于原油成本的第二大原料支出成本,因此降低炼厂用氢成本,提高氢资源利用率对炼油厂节能降耗具有重要意义。其中,炼厂用氢成本的主要来源于轻烃转化制氢装置,本文在前人的研究基础上分别在制氢装置操作参数多目标优化、制氢装置原料网络优化及耦合制氢装置的炼厂氢网络匹配优化三个方面进行研究。主要工作内容如下:(1)采用过程模拟的方法对轻烃转化制氢装置进行全流程模拟并计算分析装置水碳比与转化反应温度对装置产氢量、制氢成本及NO_x排放量的关系,建立考虑制氢装置经济性与环境指标的多目标优化方法。利用MATLAB回归多元函数模型并采用归一化法构建经济性与NO_x排放量之间的目标函数。通过计算研究表明,多目标优化的结果很大程度上取决于经济性权重的选取,当经济性权重α=0.5时,最优操作条件反应温度为857.7℃,水碳比为2.76,NO_x排放量减少了24.76%,经济费用仅增加0.64%。(2)针对如何在多种类炼厂干气中筛选合适的干气作为制氢原料的的问题,对制氢装置原料进行了系统优化。基于制氢装置的过程模拟模型分析了原料氢碳比、惰性组分含量与烯烃含量对制氢装置的经济性影响。结果表明氢碳比高、惰性组分含量少及烯烃含量少的原料进入制氢装置经济性更好。提出了衡量不同种类原料制氢收益的经济性指标并建立了制氢装置原料优化LP数学模型,应用所提方法优化某石化制氢原料,实现节约制氢操作费用1034.2万元/年。(3)针对目前氢气网络中优化工作中制氢装置仅作为氢公用工程的局限性,基于制氢装置的过程模拟模型回归了制氢装置入口氢纯度与制氢能耗及产氢量的线性关系式。建立了耦合制氢装置的炼厂氢气网络优化非线性数学模型。该模型允许将氢网络系统内各纯度的氢气流股循环至制氢装置入口从而降低系统总用氢成本,利用文献案例验证模型有效性。经计算表明,该模型设计出的氢气网络与传统模型相比全厂用氢总成本减少了2.12%。