基于非平衡热力学的石油化工过程能效优化研究

邹珊珊¹，于萌萌²，刘瑞娟²

（1.青岛思和化工技术咨询有限公司，山东 青岛 266000；

2.山东豪迈化工技术有限公司，山东 青岛 266000）

摘  要：构建基于非平衡热力学的熵产优化模型，面向石化过程中的传质主导、反应一传热耦合与系统换热网络3类不可逆结构进行能效分析与调控。采用多变量约束非线性优化策略，融合改进型NSGA-I与局部SQP算法，实现多机制熵源强度的精细建模与最小化控制。以320kt/a轻质烃综合装置为验证对象，完成全过程耦合优化，显著降低系统总熵产与局部峰值，提升热一质流组织结构的稳定性与协调性。

关键词：非平衡热力学；熵产生；石油化工过程；能效优化

0  引言

石化流程广泛存在多组分、多阶段强合特征，传统能效评估方法难以准确刻画传质、传热与反应等不可逆过程的耗散结构，限制优化策略的系统适应性。非平衡热力学通过热力学力与流的耦合建模，能够量化局部熵产与能量耗散路径，为熵驱动过程调控提供理论支持”。本文以典型石化单元为对象，构建面向熵产结构的耦合优化模型，识别主耗散区与敏感变量，结合多目标非线性规划算法进行多模块约束优化，旨在形成一套可用于复杂流程系统不可逆结构识别与路径重构的能效优化方法体系。

1 石化过程非平衡效应分析

1.1 传质主导过程分析

在精馏塔内，气液两相之间的相对挥发性差异引发跨相界面浓度梯度，形成主导性的摩尔扩散机制。传质过程呈现高度不可逆特征，其本质为多组分间合扩散导致的局域熵增行为。以塔高60m、塔径2.4m、板数40、板间距1.5m的常压精馏塔为对象，处理物料为C6~C9混合烃，进料流量2.8m²/h，进塔温度393K。

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