Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор и задачи исследования 12
1.1. Современное состояние энергопотребления в производствах аммиака и метанола 12
1.2. Пути снижения энергопотребления производств аммиака 19
1.3. Анализ вариантов реализации комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей 22
1.4. Основы математического моделирования теплоэнерготехнологических комплексов 28
1.5. Опыт моделирования энерготехнологических производств аммиака и метанола 32
Выводы по главе 34
Глава 2. Методические научные основы построения математической модели теплоэнерготехнологического комплекса 36
2.1. Определение цели моделирования. Разработка концептуальной модели 36
2.2. Декомпозиция и детализация объекта исследования 38
2.3. Математическое описание свойств веществ и их смесей 42
2.4. Моделирование тепловых и физико-химических процессов 45
2.4.1. Моделирование химических реакций, протекающих в теплоэнерготехнологическом комплексе 45
2.4.2. Моделирование процессов конденсации 49
2.4.3. Моделирование процессов теплообмена 53
2.4.4. Моделирование процессов теплообмена, протекающих при синтезе метанола 59
2.5. Моделирование тепловых и материальных балансов 64
2.5.1. Тепловые и материальные балансы стадии переработки природного газа 64
2.5.2. Баланс производства и потребления пара высокого давления 66
2.5.3. Тепловые и материальные балансы производства основных продуктов 61
2.6. Моделирование схем с рециркулирующими потоками 69
2.7. Описание экономической модели теплоэнерготехнологического комплекса 72
Выводы по главе 74
Глава 3. Алгоритм моделирования теплоэнерготехнологи ческого комплекса и его реализация на ЭВМ 76
3.1. Алгоритмы моделирования блока переработки природного
газа 76
3.2. Алгоритмы моделирования блока выработки пара высокого давления 83
3.3. Алгоритмы моделирования блока синтеза аммиака 86
3.4. Алгоритмы моделирования блока производства метанола 89
3.5. Алгоритм расчета теплообменного оборудования 98
3.6. Реализация алгоритмов моделирования на ЭВМ 100
Выводы по главе 101
Глава 4. Технические решения по снижению энергопотребления комплексного производства. моделирование теплоэнерготехнологического комплекса и анализ результатов 103
4.1. Технические решения по снижению энергопотребления комплексного
производства 103
4.1.1. Организация выработки и потребления пара среднего давления 103
4.1.2. Организация выработки и потребления пара низкого давления 105
4.1.3. Дозирование кислорода в комплексное производство 107
4.2. Основные результаты моделирования теплоэнерготехнологического комплекса 109
4.3. Оценка корректности разработанной математической модели 112
4.4. Моделирование режимов работы теплоэнерготехнологического
комплекса 113
4.4.1. Режимы нагрузки теплоэнерготехнологического комплекса 114
4.4.2. Баланс комплексного производства по пару 118
4.4.3. Снижение расхода энергоресурсов при подаче кислорода 121
Выводы по главе 126
Заключение 128
Список использованной литературы
- Пути снижения энергопотребления производств аммиака
- Математическое описание свойств веществ и их смесей
- Алгоритмы моделирования блока выработки пара высокого давления
- Организация выработки и потребления пара среднего давления
Введение к работе
Основной целью перестройки и кардинальных рыночных реформ в России было существенное повышение эффективности экономики с тем, чтобы наша страна в исторически короткий срок смогла на равных правах интегрироваться в мировую рыночную экономику.
Сегодня экономика России еще в меньшей мере готова к интеграции в мировую рыночную экономику, чем тогда, т.к. не решена основная задача переходного периода - техническое перевооружение, в результате которого российская промышленность смогла бы когда-то в будущем почувствовать себя равноправной на рынке.
Важным обобщающим показателем эффективности экономики страны является энергоемкость ее продукции. Если в 1985 году в России расходовали на единицу валового национального продукта в 2-3 раза больше энергии, чем на Западе, то сегодня в 3 -3,5 раза. Велик физический и моральный износ действующих мощностей, срок службы которых составляет 25-30 лет при 18 годах по нормативам [69]. Таким образом, можно констатировать, что в части эффективности экономики Россия прогрессирующе отстает от рыночного мира.
Экономия топливно-энергетических ресурсов относится к важнейшим задачам в современной российской промышленности. Развитие так называемых энергосберегающих технологий является сегодня главным направлением и в химической технологии. Как известно, в этой области техники расходуется около 15 % всех энергоресурсов [40]. Во многих химических производствах расход энергии определяет основную часть затрат.
Что касается химической промышленности, то ситуация здесь несколько лучше, чем в российской экономике в целом. Тем не менее, и для предприятий химической промышленности вопрос о низкой конкурентоспособности на международных рынках является весьма актуальным, т.к. относительно высокая рентабельность экспорта в этой области обусловлена двумя
9 факторами: высокой конъюнктурой на международных рынках и очень низкой внутренней ценой природного газа.
По прогнозам, выполненным фирмой "Азотэкон", такая ситуация на рынке сохранится недолго. Поэтому единственный выход состоит в опережающей модернизации предприятий, что должно заметно повысить конкурентоспособность российского экспорта [69].
Модернизация и реструктуризация должны основываться на продуманной инновационной политике в отрасли. В условиях острой конкуренции эффективная инновация является главной предпосылкой достижения положительного результата, в первую очередь в производственной сфере.
На современном этапе развития общественного производства прогрессивные нововведения реализуются в сложных, наукоемких продуктах, энергосберегающих и высоких технологиях. При всем разнообразии рынка инноваций сегодня определяющим условием для успешной реализации нововведений является обеспечение снижения энергопотребления. Корректная оценка проектов занимает центральное место в процессе обоснования и выбора возможных вариантов инноваций.
Целью работы является разработка теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей и оценка схем его реализации путем теплоэнергетического и технико-экономического обоснования на основе методов математического моделирования.
Методы исследования, использованные в работе, основываются на системном подходе, который предполагает использование методологии анализа, пригодной для сложных теплоэнерготехнологических комплексов. Она складывается из предварительного концептуального моделирования процесса и его формализации, которые позволяют свести количественное и качественное изучение реальных и проектируемых теплоэнерготехнологических комплексов к исследованию их математических моделей, реализованных на ЭВМ с помощью современных программных вычислительных комплексов.
10 Научная новизна работы:
На основе системного подхода разработана концептуальная модель теплоэнерготехнологического комплекса, отличающегося сложной многостадийной организацией процесса и наличием рециклов, а также комбинированным производством теплоносителей разного уровня.
Разработана математическая модель теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей, описывающая процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физико-химические процессы.
Создана новая математическая модель процессов тепло- и массопе-реноса, протекающих в реакторе синтеза метанола, ориентированная на совместное рассмотрение вопросов генерации теплоносителей и получения целевого продукта.
Разработаны алгоритмы реализации математической модели, позволяющие, в частности, быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры, необходимые для расчета комплексного производства.
Практическая ценность работы:
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, экономических показателей, а также выполнять поверочные расчеты теплообменного оборудования.
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.
3. 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. 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 Ш-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 ХИМРЕАК-ТОР-16 (Казань, 2003).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 5 публикациях.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (88 наименований), 3-х приложений и содержит 149 страниц машинописного текста, включая 54 рисунка и 2 таблицы.
Пути снижения энергопотребления производств аммиака
Основные энергетические потери в агрегатах аммиака связаны непосредственно с технологическим процессом (хотя, конечно, зависят и от совершенства энергетического оборудования) [40]. Поэтому резервы снижения энергетических затрат кроются в усовершенствовании технологии, в ее оптимизации с учетом необходимости комплексного использования и производства химических продуктов и теплоносителей.
Научную основу для решения задачи экономии энергии дает термодинамика и, в частности, основанный на втором законе термодинамики эксер-гетический анализ. Данный метод дает наиболее ясное и полное представление о причинах потерь энергии и способах их снижения. Теория эксергетиче-ского анализа подробно изложена в [40]. Однако, как указывают авторы [40], практическое применение данного метода для анализа таких крупных объек тов, как производства аммиака и метанола, вызывает значительные трудности и необходимость введения большого количества допущений. Поэтому в диссертационной работе не ставилась задача проведения эксергетического анализа рассматриваемого теплоэнерготехнологического комплекса, но некоторые положения этого несомненно эффективного метода автор использовал в работе.
В частности, авторы [40] выделяют три группы методов уменьшения энергетических затрат для процессов с заданными физико-химическими свойствами веществ: 1) методы, связанные с увеличением поверхностей аппаратов, времени протекания реакций, применением более активных катализаторов. Все эти методы позволяют приблизиться к равновесию на выходе из аппаратов; 2) методы, основанные на изменении технологического режима и не связанные с изменением технологической схемы; 3) методы, требующие изменения технологической схемы.
Методы 1 -й и 2-й групп реализуются на различных предприятиях следующими основными способами [18,28,73]: 1) применение качественных высокопроизводительных катализаторов; 2) замена аксиальных реакторов на радиальные; 3) модернизация стадии очистки от СОг; 4) применение мембранной установки разделения продувочных газов; 5) расширение водооборотных циклов.
При проведении указанных мероприятий энергопотребление производств аммиака может быть снижено примерно на 0,8-1,0 Гкат/т. Ориентировочные затраты на реконструкцию такого типа составляют до 15 млн. долл. США. Дальнейшее снижение энергопотребления до уровня 8-8,5 Гкал/т возможно лишь в случае "радикальной" модернизации технологии и оборудования, при этом затраты на модернизацию многократно возрастают [18].
Существенно другим методом снижения затрат энергии на получение единицы продукции является создание теплоэнерготехнологических комплексов производства нескольких продуктов (например, аммиака и метанола, аммиака и карбамида) на базе существующих крупнотоннажных агрегатов синтеза аммиака. Т.к. в результате подобной модернизации изменяется технологическая схема производства, то данный метод относится к 3-й группе (см. выше).
В диссертационной работе рассматривается проект теплоэнерготехно-логического комплекса совместного производства аммиака, метанола и энергоносителей. Создание такого комплексного производства имеет следующие очевидные преимущества: 1) в комплексном производстве открываются широкие возможности взаимного использование тепловых потоков и использования тепла физико-химических процессов для выработки теплоносителей; 2) увеличение суммарной выработки приведет к снижению удельных расходов энергоносителей (природного газа, пара и электроэнергии); 3) технология внедрения производства метанола в действующее производство аммиака позволит использовать существующую установку подготовки газа, компрессоры, заводские сооружения и тем самым увеличить коэффициент использования мощностей в агрегате аммиака; 4) совмещение производства аммиака и метанола позволит регулировать выработку продуктов и компенсировать сезонные циклы в спросе на удобрения; 5) предприятие сможет в короткие сроки выйти на новые рынки сбыта, связанные с высокой перспективностью метанола, т.к. он является сырьем для синтезе многих важных продуктов и применяется при получении высокооктановых компонентов моторных топлив; 6) защита окружающей среды за счет частичной утилизации оксидов углерода.
Математическое описание свойств веществ и их смесей
Для моделирования физико-химических процессов необходимо задать свойства веществ, их зависимость от температуры и давления, а также определить правила и уравнения для вычисления свойств смесей.
Зависимости свойств веществ и их смесей (газов, жидкостей, твердых тел) от различных параметров представлены в виде уравнений: у=Дхих2,хъ, ...) где у - какое-либо свойство (вязкость, теплопроводность и т.д.), Х[ - параметры состояния (давление, температура и т.д.). Приступим к описанию свойств веществ: 1) характеристики индивидуального вещества: критические параметры (температура Тс, давление Рс, объем Vc, коэффициент сжимаемости Zc), тем пература кипения Тъ (при давлении 1 атм), молярная масса М, фактор ацен тричности Питцера со - все данные взяты из [59]. 2) теплоемкость и энтальпия Зависимость удельной изобарной теплоемкости газа ср (Дж/(моль-К)) от температуры Т (К) описали полиномом 3-й степени с коэффициентами из [59] (начальная точка - 1 атм, 298 К): c? = a+bT+cf +df (2.1) Зависимость энтальпии газа от температуры можно найти, проинтегрировав уравнение Кирхгофа [30]: Выражение (2.1) интегрировали в пределах от 298 до t+273: /+273 H= lcp(T)dT (2.2) 298 Таким образом получали зависимость удельной энтальпии (Дж/моль) от температуры (С) в виде полинома четвертой степени для каждого компонента газовой смеси: Н=№ (2.3) Тот факт, что энтальпия (теплоемкость) газа зависит от давления, можно математически выразить следующим образом:
H=f{t) + H(P,t) где tf{P,i) - поправка на давление, зависящая как собственно от давления, так и от температуры. Причем при Р — const If слабо зависит от температуры. Например, при расчете по методу Ли-Кеслера [59] для метанола при Р = 10 атм и t = 240...300 С Н = -828...-615 Дж/моль, что составляет не более 3% от величины Н. На всех рассматриваемых нами стадиях теплоэнерготехноло-гического комплекса давление изменяется незначительно (не более 2 атм), т.е. можно полагать Р « const и Н « const. Тогда все поправки на давление, входящие в левую и правую части уравнения теплового баланса, взаимно сократятся. Таким образом, можно не учитывать влияние давления на энтальпию (теплоемкость) газов, что не приведет к большим погрешностям.
Зависимость удельной энтальпии Н (кДж/кг) перегретого водяного пара от температуры / (С) и давления Р (атм), удельной энтальпии насыщенного водяного пара и водяного конденсата от температуры получили аппроксимацией табличных данных из [57]: Я„.„. =AP,t) (2.4) Я,,п. =At) (2.5) Я,к. =Ж (2.6) Также аппроксимацией табличных данных из [82] получили зависимость теплоты конденсации метанола от температуры: Яконд.м. =Ж (2.7) Уравнения (2.4-2.6) являются полиномами различных степеней. Теплоемкость и энтальпию газовой смеси определяли по правилу аддитивности (у- мольная доля компонента) [30]: ссм=ЛФ)гУі (2.8) і #см=І#(0гХ (2-9) і 3) вязкость и теплопроводность газов Вязкость (і (Па-с) и теплопроводность X (Вт/(м-К)) газов при повышенном давлении удобно определять следующим образом [59]: ц=іо+Цр (2.10) Х = Х0 + ХР (2.11) где цо и о - вязкость и теплопроводность при данной температуре, цр и Хр -поправки на давление. Зависимость ц.0 и XQ ОТ температуры получали аппроксимацией полиномами 2-й степени данных из [74,82]: Но =ДО о = ДО
Поправку Др вычисляли по методу Джосси-Стила-Тодоса, А,р - по методу Стила-Тодоса [59]. В этих методах о.р и Хр являются функциями приведенной плотности (последняя зависит от Р и / процесса). Для расчета необходимо знать критические параметры веществ. Математический аппарат можно смотреть в [59]. Сравнение расчетных значений с практическими данными из [56,59,74,82] показывает, что погрешность составляет 1-4 %.
Вязкость fiCM газовой смеси определяли по правилу Вильке [59] (формулы (1,2) Приложения III), теплопроводность смеси А-см - по методу Лин-дсея-Бромли (формулы (3-6) Приложения III): 4) плотность Плотность газовой смеси рсм при повышенном давлении рассчитывали по правилу аддитивности: Рсм=Ел-Ро, (2-12) і - Зависимость плотностей жидких воды и метанола получали аппроксимацией полиномами 2-й степени практических данных из [51]: Рв =Л0 Рм =ло 5) давление насыщенных паров
Зависимость давления насыщенных паров воды от температуры получали аппроксимацией полиномом 2-й степени данных из [56]:
Таким образом, зависимости свойств веществ и их смесей от температуры и давления выражены в виде полиномов различных степеней, что очень удобно при реализации математической модели с помощью компьютерных программных средств.
Алгоритмы моделирования блока выработки пара высокого давления
При расчете котла-утилизатора из уравнения теплового баланса (2.64) определяли количество теплоты, затраченное на испарение воды. Величины Qx и Q2 вычисляли по формуле (2.9), зависимости энтальпий компонентов газовой смеси от температуры - по уравнению (2.2). Количество образовавшегося пара находили по формуле (2.65). Зависимость Нисп = fit) в виде полинома получили аппроксимацией литературных данных из [58]. Так как заданной величиной является давление вырабатываемого пара, то температуру насыщения находили из уравнения tmc = /[Ршс), также полученного путем аппроксимации литературных данных из [58].
Алгоритм расчета котла-утилизатора не требует итерационных процедур и приведен на рис. 19. Количество пара, вырабатываемого во вспомогательном котле, определяли из баланса выработки и потребления пара высокого давления. Из теплового баланса котла рассчитывали необходимый расход природного газа. Для этого уравнение (2.66) записали в виде: Єі + Є2 + Єз-(Є4 + Єз + Єб)=/ (3.5)
Расчет по уравнению (3.5) вели методом итераций. Пусть е - расход природного газа во вспомкотел. Далее исходя из стехиометрии реакций (2.26) и принятого значения коэффициента избытка воздуха рассчитывали материальный баланс процесса горения: количество воздуха, необходимое для горения, и количество и состав дымовых газов. Затем определяли величины, входящие в уравнение (3.5) и проверяли сходимость теплового баланса. Если/= О с заданной точностью, то е есть решение уравнения (3.5). Алгоритм расчета показан на рис. 20.
Блок-схема моделирования вспомогательного котла. 3.3. Алгоритмы моделирования блока синтеза аммиака. В соответствии с рекомендациями из [66,74] было принято, что после стадии очистки в газовой смеси присутствуют только Н2, N2, СН4, Аг, т.к. концентрации СО, С02 и Н20 пренебрежимо малы.
Объем и состав потока 0 (см. рис. 14) следуют из расчета стадии очистки. Состав потока 0\ неизвестен, поэтому приняли начальные значения расходов каждого из компонентов VQ {(i = 1,2..5) в нм3/ч. Состав потока 1 рассчитали покомпонентным сложением. Далее по уравнениям (15-18) Приложения III определили концентрацию аммиака в газовой смеси после вторичной конденсации и, тем самым, потоки 2,3 (см. рис. 14).
Пусть а - количество NH3, прореагировавшего по реакции (2.21). Для первого шага итерации задали некоторое значение а и вычислили константу равновесия Кр (уравнение (14) Приложения III) при температуре Гр (формула (2.30)), записали уравнение (2.27) в следующем виде (с учетом формул (2.28-2.29): NH3 "вых _ , ,-\ где V\ - объемы компонентов в равновесной газовой смеси, нм3; VBbK - общий объем равновесной газовой смеси, нм ; Р - давление, МПа. Если с = 1, то а есть решение уравнения (3.6) и определен поток 4.
Затем по уравнениям Михельса вычислили концентрацию аммиака в газовой смеси после первичной конденсации и потоки 5,6. После этого отвели поток 7, расход которого в модели может изменятся в заданных пределах. Потоки 9,10 рассчитали также по уравнениям Михельса и далее поток 11. Состав потока 8 сравнивали с потоком 0\: БІ = 0І.М,І (3.7) где N— расход компонента в нм3/ч; і = 5 для рассматриваемой смеси. Если є,- 9 1, то необходимо задать новые значения V0 {. Массовый расход аммиака определяли по формуле (2.39). Потери аммиака и потребности аммиака на технологические нужды приняли равными 5 % от производительности. Алгоритм моделирования стадии синтеза аммиака представлен на рис. 21.
Как видно из приведенной блок-схемы, при расчете блока синтеза аммиака используются две итерационные процедуры, причем одна из них вложена в другую.
Блок-схема моделирования стадии синтеза аммиака. 3.4. Алгоритмы моделирования блока производства метанола. Основным аппаратом процесса синтеза метанола является реактор. Поэтому описание алгоритма моделирования начнем с этого аппарата.
При моделировании реактора синтеза метанола необходимо знать некоторые его конструкционные характеристики. Для этого приняли внутренний диаметр реакционный труб равным 120 мм, материал труб - 12Х18Н12Т в соответствии с рекомендациям [43]. Далее по формулам из [48] рассчитали: толщину труб из условия прочности, шаг между трубами, число труб, внутренний диаметр корпуса. После этого из стандартных рядов [48] выбрали диаметр корпуса и рассчитали его толщину из условия прочности. Описанный расчет выполнен в "Microsoft Excel" в виде блока и здесь не приводится. Основные конструкционные характеристики аппарата приведены ниже: диаметр корпуса 4148 х 78 мм диаметр труб 132 х 6 мм число труб 397
Кроме того, необходимо задать размеры таблеток катализатора и его насыпную плотность. Согласно [8,14,82] в синтезе метанола применяют медьсодержащие катализаторы с размером таблеток (диаметр х высота): 3x3 мм и 5 х 5 мм, 4x6 мм. Для определенности приняли таблетки 4x6 мм. Из литературы [8, 82] известна насыпная плотность катализатора - 1300 кг/м3. Прежде, чем начать расчет по слою, были выполнены некоторые предварительные расчеты.
Организация выработки и потребления пара среднего давления
Как видно из графиков, при каждой нагрузке по природному газу пока-затель NPV проходит через максимум. Это связано со следующим. При подаче кислорода снижаются Кпг и потребление природного газа для выработки энергоносителей, поэтому вначале NPV растет. Однако по мере повышения расхода кислорода увеличиваются потери водорода по реакции (2.16), в результате чего все больше снижается выработка аммиака и, как результат, величина NPV. Поэтому на каждой нагрузке по природному газу существует наиболее эффективная величина дозировки кислорода, при которой NPV максимален. Как видно, здесь опять проявляется тесная взаимосвязь энергетической и технологической составляющих комплексного производства, что говорит о правильности рассмотрения последнего как теплоэнерготехноло-гического комплекса (см. раздел 1.4).
Зависимость мощности нагнетателя NH от дозировки кислорода V02. На основании вышеприведенных графиков можно сделать следующие выводы: 1) дозирование кислорода в риформинг является эффективным мероприятием, позволяющим экономить до 3000 нм3/ч природного 2) даго;реализации данного решения требуется минимальное количество оборудования - нагнетатель малой мощности с электродвигателем и холодильник с небольшой поверхностью теплообмена, а сырьем являются отходы цеха разделения воздуха - выбросы кислорода в атмосферу; 3) при каждой нагрузке по природному газу существует наиболее эффективная величина дозировки кислорода.
1) В Главе 4 описаны технические решения, направленные на экономию природного газа и электроэнергии в теплоэнерготехнологическом комплексе: организация теплообмена и выработки энергоносителей в контуре метанола и дозирование кислорода в комплексное производство. Данные решения также позволяют более полно использовать оборудование агрегата аммиака (турбина, огневой подогреватель, блок подготовки воды, насосы питательной воды) и утилизировать неиспользуемые отходы (низкопотенциальный пар, кислород). Эффективность предложенных решений подтверждена результатами моделирования.
2) Основными результатами моделирования режимов работы тепло-энерготехнологического комплекса являются расчетные балансы комплексного производства по тепловым и материальным потокам, производству и потреблению энергоносителей, расчетный температурный профиль в реакторе синтеза метанола, поверочные расчеты теплообменного оборудования и расчет экономических параметров.
3) Сделано сравнение расчетных данных по разработанной математической модели с практическими данными, полученными при эксплуатации производства аммиака, и некоторыми литературными данными по комплексному производству. На основании этого сделан вывод о корректности разработанной модели.
4) С помощью разработанной модели рассчитаны режимы работы комплексного производства при различных нагрузках контура метанола и всего производства по природному газу. При комплексном производстве снижается коэффициент расхода природного газа на единицу продукции, на 20-25 % снижаются выбросы диоксида углерода в атмосферу, растет чистый дисконтированный доход. Контур метанола является автономным по пару среднего давления и вырабатывает 70-75 % пара низкого давления, необходимого для ректификации метанола-сырца.
5) Проведено моделирование работы производства при разных объемах дозирования кислорода. Показано, что при реализации данного мероприятия требуется существенно меньшее количество природного газа для выработки энергоносителя (водяного пара). На разных нагрузках производства по газу существует наиболее эффективная величина дозировки кислорода, при которой чистый дисконтированный доход достигает максимума.
1) На основе системного подхода разработана концептуальная модель теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей. Проведена декомпозиция объекта исследования с выделением относительно независимых подсистем и установлением существенных связей между ними. Детализация каждой подсистемы производилась до такого уровня, чтобы для каждого элемента были известны все параметры, которые обеспечивают определение интересующих исследователя характеристик системы; остальные параметры по возможности были исключены из модели.
2) Формализация объекта исследования выполнена с помощью известных математических уравнений и систем уравнений, описывающих свойства веществ, их смесей, процессы теплообмена и другие физико-химические процессы. В процессе формализации использованы некоторые допущения, каждое из которых критически оценено. Большинство уравнений и систем уравнений, полученных в результате формализации, необходимо решать итерационными методами. В связи с этим разработаны и реализованы на ЭВМ четкие алгоритмы моделирования отдельных подсистем и всей системы в целом.
3) Разработанная математическая модель позволяет: рассчитывать балансы комплексного производства по тепловым и материальным потокам, балансы по выработке и потреблению энергоносителей; определять некоторые экономические показатели производства; проводить поверочные расчеты теплообменного оборудования.
