随着乙烯原料的轻质化以及丙烷脱氢项目密集投产,LPG的需求量也随之大幅度增加。与此同时,在石油化工生产中约5%的石油资源作为炼厂气排出,其中含有氢气、轻烃等高附加值成分,因而回收炼厂气中的轻烃有利于缓解我国LPG需求紧张的处境。目前,浅冷工艺是回收炼厂气轻烃的主流工艺,但由于工艺的冷凝过程为单级冷凝且纯工质的等温相变过程与炼厂气的液化过程温度匹配不佳,造成冷箱的不可逆损失较大,制冷系统的制冷效率较低,导致浅冷工艺的能耗较大。本文主要从系统构型和制冷工质两个方面进行研究,通过减少冷箱中冷、热物流的传热温差,从而降低冷箱的不可逆损失,提高制冷系统的制冷效率,最终实现降低浅冷工艺能耗的目的。首先,从系统构型角度对传统浅冷工艺进行改进,通过将制冷工段的单级制冷改为两级制冷的方式,设计了两级浅冷工艺。以单位能耗最低为目标函数对工艺重要参数进行优化,确定了100kmol/h原油常、减压蒸馏塔顶气浅冷工艺的操作压力和一级、二级制冷温度,并和传统浅冷工艺进行了单位能耗、有效能损失及经济性的对比分析。相对于传统浅冷工艺,其单位能耗降低了16.5%,各装置有效能都有不同程度的减小,此外,通过经济性参数对比得知,虽然两级浅冷工艺因增加一个冷箱换热器,导致设备费用投资增加,但是由于制冷工段压缩机能耗降低,使得公用工程费用明显降低,最终其经济效益相对于传统浅冷工艺增加了124×10⁴CNY/a。其次,从制冷剂角度对传统浅冷工艺进行改进,通过使用混合制冷剂代替纯丙烷制冷剂,确定了100kmol/h原油常、减压蒸馏塔顶气混合制冷剂浅冷工艺的主要操作参数,并确定了混合制冷剂组成为C₃H₈/i-C₄H₁₀/n-C₄H₁₀/i-C₅H₁₂为0.24/0.18/0.31/0.27。选取单位能耗作为工艺参数优化的目标函数,并采用基因遗传算法进行工艺参数优化,其单位能耗为2.92k W·h/kmol,和传统工艺相比降低了29.3%。通过对三个工艺进行对比分析得知,混合制冷剂浅冷工艺的有效能损失最小,其冷箱换热器的有效能损失与传统浅冷工艺相比减少了77.8%,其经济效益相比传统工艺增加了556×10⁴CNY/a。最后,由于基因遗传算法对混合制冷剂配比优化耗时较长,基于混合制冷剂中各组分在不同温区制冷原理,提出了采用逐步逼近法的混合制冷剂配比优化方法,并将其与基因遗传算法进行对比分析。使用逐步逼近法联合基因遗传算法优化,与采用基因遗传算法优化工艺的单位能耗相同,但计算时长从4h缩短到1.5h,在保证结果准确的同时,极大的提升了运算效率。