《面向過程能量集成的多尺度耦合建模及作用機制研究》是依託中山大學，由張冰劍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向過程能量集成的多尺度耦合建模及作用機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張冰劍
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
石化、化工等高耗能工業的高效節能對促進能源節約和可持續發展具有重要意義。這些典型的過程系統具有多尺度和多層次的特點，揭示尺度間的作用機制和開發多尺度耦合模型對提高過程能量集成最佳化效率顯得尤為重要。 本項目在多尺度概念基礎上，首先將宏尺度劃分為子宏尺度和泛宏尺度，並建立泛宏尺度的能量最佳化模型；然後採用邊際價格分析和基於夾點分析的圖形學方法，開發中尺度和子宏尺度瓶頸辨識策略，建立瓶頸位置的能量流模型；接著研究尺度間耦合參數和變數的選擇策略，建立多尺度耦合模型；最後分析耦合參數和變數、系統外部條件或目標、系統內操作參數等因素變化對耦合模型及求解結果的影響，探索子宏尺度和中尺度瓶頸位置因上述條件改變的變化規律，獲取過程能量集成中的尺度間作用機制。研究建立的多尺度耦合模型和揭示的作用機制，將有助於深化過程能量集成的理論基礎和工程套用。
結題摘要
石化、化工等高耗能工業的高效節能對促進能源節約和可持續發展具有重要意義。這些典型的過程系統具有多尺度和多層次的特點，開發多尺度耦合模型和掌握尺度間的作用機制對提高過程能量系統集成最佳化效率顯得尤為重要。 課題在多尺度概念基礎上，首先將過程系統工程層次劃分為中尺度、子宏尺度和泛宏尺度，並建立泛宏尺度的能量最佳化模型；開發了中尺度和子宏尺度瓶頸辨識策略，建立瓶頸位置的能量流模型；研究了尺度間耦合參數和變數的選擇策略，建立了多尺度耦合模型；分析了耦合參數和變數、系統外部條件或目標、系統內操作參數等因素變化對耦合模型及求解結果的影響，探索了子宏尺度和中尺度瓶頸位置因上述條件改變的變化規律，揭示了過程能量集成中的尺度間作用機制。 課題團隊在高耗能工業過程系統工程層次建立的多尺度耦合模型及揭示的尺度間作用機制，套用於甲苯歧化工藝裝置和延遲焦化裝置，實現精餾序列與換熱網路的跨尺度集成最佳化，裝置節能超過10%。在泛尺度層面，研究了物料流和能量流(包括蒸汽、低溫熱等)的跨尺度集成建模和最佳化策略，系統能耗顯著降低。在煉化工業成功套用後，研究成果進一步套用到天然氣處理過程，在分子層面建立了粗天然氣從原料到終端產品全流程的物料流和能量流跨尺度建模，並實現了天然氣精製過程的全局最佳化。 課題在過程系統工程層次建立的多尺度耦合模型和揭示的尺度間作用機制及其在石化和天然氣工業的套用，深化了過程能量系統集成的理論基礎和工程套用。
