На правах рукописи
Соколов Алексей Федорович
РАЗРАБОТКА ТЕПЛОЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА СОВМЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
АММИАКА, МЕТАНОЛА И ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ
Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Череповец - 2003
Работа выполнена в Череповецком Государственном Университете (ЧГУ)
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, заслуженный химик РФ Аншелес Валерий Рудольфович
Научный консультант – кандидат химических наук, доцент Галанов Марк Эммануилович
Официальные оппоненты –
Доктор технических наук, профессор, действительный член МААНОИ и МАНЭБ Осипов Юрий Романович
Кандидат технических наук Андреев Александр Сергеевич
Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова, г. Москва.
Защита диссертации состоится 26 декабря 2003 г в 11 часов на заседании диссертационного совета Д212.297.01. при Череповецком Государственном Университете по адресу: Вологодская обл., г. Череповец, пр. Луначарского, 5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Череповецкого Государственного Университета.
Автореферат разослан _____________________2003 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Никонова Е.Л.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы.
Важным обобщающим показателем эффективности экономики страны является энергоемкость ее продукции. Сегодня в России на единицу валового национального продукта расходуется в 3-3,5 раза больше энергии, чем на Западе, велик физический и моральный износ действующих мощностей. Относительно высокая рентабельность российского экспорта определяется лишь очень низкой внутренней ценой природного газа и других энергоносителей. В настоящее время экономика России еще не готова к интеграции в мировую рыночную экономику, т.к. не решена основная задача переходного периода – техническое перевооружение.
Одним из существенных методов снижения энергопотребления является создание комплексных теплоэнерготехнологических схем производства нескольких продуктов (например, аммиака, метанола и энергоносителей) на базе существующих крупнотоннажных агрегатов. Взаимное использование тепловых потоков позволяет значительно снизить энергопотребление комплексного производства.
Реализации крупных инновационных проектов комплексных производств химических продуктов и энергоносителей должна предшествовать их корректная теплоэнергетическая и технико-экономическая оценка, основанная на методах математического моделирования.
Целью работыявляется разработка теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей и оценка схем его реализации путем теплоэнергетического и технико-экономического обоснования на основе методов математического моделирования.
Научная новизна.
1. На основе системного подхода разработана концептуальная модель теплоэнерготехнологического комплекса, отличающегося сложной многостадийной организацией процесса и наличием рециклов, а также комбинированным производством теплоносителей разного уровня.
2. Разработана математическая модель теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей, описывающая процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физико-химические процессы.
3. Создана новая математическая модель процессов тепло- и массопереноса, протекающих в реакторе синтеза метанола, ориентированная на совместное рассмотрение вопросов генерации теплоносителей и получения целевого продукта.
4. Разработаны алгоритмы реализации математической модели, позволяющие, в частности, быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры, необходимые для расчета комплексного производства.
Практическая ценность.
1. Математическая модель реализована на ЭВМ с помощью современных вычислительных комплексов, что позволяет достаточно просто и быстро проводить расчет балансов комплексного производства по тепловым и материальным потокам, выработке и потреблению энергоносителей, критериев экономической эффективности инвестиций, а также выполнять поверочные расчеты теплообменного и другого оборудования.
2. С помощью разработанной математической модели проведены эксперименты по моделированию теплоэнерготехнологических схем комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей. Полученные данные являются основой для теплоэнергетического и технико-экономического обоснования инновационного проекта комплексного производства с подбором оптимальных условий его реализации.
2. Предложены оригинальные технические решения, такие как замена привода компрессора с электродвигателя на паровую турбину, организация выработки энергоносителей при производстве метанола, дозирование кислорода в производство, направленные на снижение потребления природного газа и электроэнергии. Эффективность решений подтверждена их теплоэнергетической и экономической оценкой путем расчета по разработанной математической модели.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Второй областной межвузовской научной конференции ''Молодые исследователи – региону'' (Вологда, 2000), на Международной научно-технической конференции ''ИНФОТЕХ – 2001'' (Череповец, 2001), на III-й Международной научно-технической конференции ''Повышение эффективности теплообменных процессов и систем'' (Вологда, 2002), на IV-й Межвузовской конференции молодых ученых (Череповец, 2003), на XVI-й Всероссийской конференции по химическим реакторам ХИМРЕАКТОР-16 (Казань, 2003). Материалы диссертации изложены в 5 публикациях.
Автор защищает:
- концептуальную модель теплоэнерготехнологического комплекса, позволяющую учитывать: комбинированное производство теплоносителей разного уровня, сложную многостадийную организацию процесса и наличие рециклов, влияние параметров состояния на свойства веществ;
- математическую модель теплоэнерготехнологического комплекса, описывающую процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физико-химические процессы;
- алгоритмы реализации математической модели, позволяющие быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры;
- расчетные данные, полученные в результате математического моделирования комплексного производства и являющиеся основой его теплоэнергетического и технико-экономического обоснования;
- оригинальные технические решения, направленные на снижение потребления природного газа и электроэнергии в комплексном производстве.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (88 наименований), 3-х приложений и содержит 149 стр. машинописного текста, включая 54 рисунка и 2 таблицы.
Глава 1. Аналитический обзор и задачи исследования. Приведена характеристика энергопотребления производств аммиака и указаны причины их повышенной энергоемкости. Главной из них является повышенный расход природного газа (основного и самого дорогого сырья) на единицу продукции. Кроме того, большое количество низкопотенциального пара не используется, а выбрасывается в атмосферу. Одним из способов снижения энергоемкости является создание теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей на базе действующего агрегата аммиака. Структурная схема комплексного производства приведена на рис. 1, где пунктирными линиями указаны новые (проектируемые) стадии производства.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
