[发明专利]一种粉煤灰提铝工艺系统集成优化方法

说明书

本发明提供了一种粉煤灰提铝工艺系统集成优化方法，该方法包括以下步骤：根据粉煤灰提铝过程中工艺流程及物质平衡关系，利用流程模拟软件Aspen Plus建立粉煤灰提铝的工艺模型，通过采集的实验数据对工艺模型进行校准，使模拟输出值与实验数据一致；通过灵敏度分析，对关键操作参数进行分析优化，分别考察温度、压力、进料组分对氧化铝提取率的影响，并确定其最优值；利用夹点技术对模拟换热网络进行改造，并通过能量分析对模拟流程进行优化，从而实现节能减排。本发明通过灵敏度分析和夹点技术对模拟流程进行优化，使优化效果达到最佳，为粉煤灰提铝工艺的进一步研究提供理论基础和依据。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种粉煤灰提铝工艺系统集成优化方法。

背景技术

在煤炭燃烧过程中，产生了大量以Al、Si等元素的氧化物为主要成分的无机固体粉尘，即为粉煤灰，它是火力发电排放的主要固体废弃物。随着我国经济和工业的迅速发展，电力需求日益增大。自2002年起，国内燃煤电厂装机容量迅速增长，粉煤灰的产生量也急剧增加。2017年，粉煤灰排放量达6.8亿吨，由于粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，累计堆存量己达25亿吨，其堆置占用大量的土地资源，污染地下水，影响生态环境，同时造成铝资源的严重浪费，粉煤灰的有效及综合利用已经成为亟待解决的重大关键技术问题。近年，国内多家单位陆续研发了粉煤灰提取氧化铝高值利用技术，但大多停留在实验室或中试阶段，生产工艺的调整优化、过程操作的风险评价以及工艺节能方案可行性评定等没有有效的支撑和理论依据。

Aspen Plus作为一款用于工艺严格计算的模拟软件，能够针对不同的进料情况、工艺条件、用户模型，进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以进行已有装置能耗评估或新建装置的优化设计。目前，国内外研究者已经普遍采用AspenPlus对化工流程进行研究，以期通过对工艺参数的调整优化和对工艺的改造，提高生产效益的目的。在国内，一些企业率先通过流程模拟进行节能改造，并取得了一定的成效。中石化青岛炼油化工有限责任公司利用模拟软件对柴油加氢装置、航空煤油加氢装置进行分馏系统模拟，得到了与实际装置操作吻合的理想模型，通过对模型优化分析，以装置节能和经济效益最大化为目标，通过降低柴油加氢装置分馏塔塔顶压力和调整航空煤油加氢装置分馏塔塔顶操作温度为优化手段，使得柴油加氢装置燃料气的消耗量由1500m³/h降至1100m³/h，经济效益提高604.8万元/年。

虽然我国在流程模拟及优化方面取得了一定的进展，但应用范围不广，大多集中在石油化工领域，在冶金方面的应用基本为零。

发明内容

本发明开发了一种粉煤灰提铝工艺系统集成优化方法，基于Aspen Plus对工艺流程进行物料衡算、能量衡算，通过对工艺参数的调整优化和对工艺的改造，达到节能降耗、提高生产效益的目的。

实现本发明的技术方案是：

一种粉煤灰提铝工艺系统集成优化方法，包括如下步骤：

（1）根据粉煤灰提铝过程中工艺流程及物质平衡关系，利用流程模拟软件AspenPlus，选择合适的单元模块，建立粉煤灰提铝的工艺模型；

（2）利用粉煤灰提铝工艺参数对工艺模型进行校准，使模拟输出值与实验数据一致；

（3）通过灵敏度分析，对关键操作参数进行分析优化，并确定其最优值；

（4）利用夹点技术对模拟换热网络进行改造，并通过能量分析对模拟流程进行优化。

所述步骤（1）中粉煤灰提铝的工艺模型物性方法选择ELECNRTL。

所述步骤（1）中单元模块包括混合模块Mixer、换热模块heater、溶出反应模块RCSTR、闪蒸降温模块Flash2和产物分离模块Filter。

所述步骤（3）中灵敏度分析包括对溶出温度、压力、进料组分的分析。