天然气化工一体化项目作为世界上规模大、产品链长、工艺构成复杂程度高的项目之一,生产过程中节能潜力巨大,实现生产过程中的能量梯级利用及换热网络的优化与综合,提高能源利用率,对化工行业一体化具有突出的示范意义。本论文围绕这一主题,针对本天然气化工一体化系统的能量梯级利用,开展了以下研究工作与创新:①采用黑箱模型对一体化系统中的11套装置在生产过程中的用能状况进行了粗略分析,结果表明:产生热能的装置有5套,分别为甲醇装置、甲醛装置、合成氨装置、硝酸装置和乙炔装置;需要外界提供热能的装置有6套,分别为PVC装置、醋酸装置、氯碱装置、氯丁橡胶装置、HYCO装置和空分装置。②根据工艺流程信息与文献资料,利用Aspen Plus软件对甲醇、甲醛、乙炔等6套装置进行全流程模拟,得到了主要换热单元的热负荷以及进出用能设备的物流信息。再根据用能一致性原则,将主要换热设备和用能设备转化为相当的冷流股和热流股。以甲醇装置为例,采用夹点技术法,利用Aspen Energy Analyzer软件对其冷、热流股进行匹配,得到了能耗最小的换热网络。对甲醇、甲醛、合成氨和PVC等4套装置的换热设备和用能设备所需或能提供的热量品位进行分析,根据经验方法和换热网络初步综合,得到了满足工艺要求的换热方案。③从宏观上对各装置所需蒸汽及副产蒸汽的品位与用量进行了分析,结果表明:在本天然气化工一体化项目的蒸汽系统中,具有较大节能潜力的装置有甲醇、甲醛、乙炔等8套装置。采用传统的节流式减压方案和引射式减压方案的总有效能损失分别为4.42×10~4MJ/h和3.90×10~4MJ/h,而采用背压式汽轮机组进行热电联产实现减压的过程中,总有效能损失为1.14×10~4MJ/h,仅为节流减压降温过程的25.9%、引射式减压过程的29.3%,大大提高了蒸汽系统的能源利用率,年发电量可达9.95×10~7 kW·h,年收益可达4801万元,设备总投资为4770万元,总投资回收周期仅为1.12年。因此,采用热电联产方案能够有效地克服减压过程中能量的无偿损失,达到了蒸汽系统的能量梯级利用的目的。