環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化

014年第4卷第3期石油石化節能與減Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical Industry節能找木環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化張繼東,葉劍云2,李俊恒,王北星2(1中國石油大學(xué)(北京)理學(xué)院,北京102249;2中國石化集團公司經(jīng)濟技術(shù)研究院節能技術(shù)服務(wù)中心,北京100029)摘要:基于某石化環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置現有換熱網(wǎng)絡(luò ),利用夾點(diǎn)分析技術(shù),發(fā)現用能不合理之處,針對用能不合理的情況,提出相應的優(yōu)化方案,對方案節能量進(jìn)行模擬計算,優(yōu)化后可減少熱公用工程量10.17MW、冷公用工程量1412MW。關(guān)鍵詞:環(huán)氧乙烷/乙二醇夾點(diǎn)分析換熱網(wǎng)絡(luò )節能聚酯工業(yè)快速發(fā)展,我國環(huán)氧乙烷、乙二醇的程、乙二醇干燥和精制過(guò)程、環(huán)氧乙烷的汽提精制消費量不斷增加。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,中國石化和過(guò)程以及CO2的脫除過(guò)程。乙二醇裝置能耗主要以中國石油等多家企業(yè)正在加速擴建和新建大型環(huán)氧電和蒸汽的形式體現。乙烷生產(chǎn)裝置。預計2012-2015年我國環(huán)氧乙烷乙烯氧化反應為放熱反應,產(chǎn)生大量的反應生產(chǎn)能力將增加150-270萬(wàn)ta。我國的環(huán)氧乙熱,因此裝置副產(chǎn)大量的蒸汽,供裝置內部使用。烷/乙二醇裝置均采用上世紀80年代國外的專(zhuān)利技此外,環(huán)氧乙烷水合過(guò)程中為了保證乙二醇的收術(shù),技術(shù)水平相對落后,能耗較高。近年來(lái),以?shī)A率減少副產(chǎn)物的量,水合反應需要在較高的水比點(diǎn)技術(shù)為代表的過(guò)程集成技術(shù),在石油、化工領(lǐng)(1:22-25)下進(jìn)行反應,導致后續過(guò)程的乙二醇域中的成功應用證明,利用夾點(diǎn)技術(shù)對工業(yè)裝置的提純分離過(guò)程需消耗大量的蒸汽。另外在環(huán)氧乙烷換熱網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行用能分析與調優(yōu),可取得良好的節能吸收與再吸收的過(guò)程中為了保證吸收效果,要求吸效果。收水必須處于較低的溫度,決定了吸收單元的來(lái)料本文針對環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置生產(chǎn)中的能量溫度較低,而水合過(guò)程的起始反應溫度較高,需要利用問(wèn)題,用夾點(diǎn)分析技術(shù)對裝置的換熱網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行大量的熱量對其進(jìn)行加熱升溫,同樣對于環(huán)氧乙烷分析,對其進(jìn)行系統的能量綜合,最終達到系統能精制過(guò)程需要在140℃條件下進(jìn)行分離,而產(chǎn)品量的綜合利用,實(shí)現裝置節能降耗的目的。環(huán)氧乙烷需控制在-15~-5℃條件下儲存,分離后需要消耗大量的冷卻負荷?？傊?雖然裝置自1環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置工藝特點(diǎn)產(chǎn)大量的蒸汽,而整個(gè)工藝流程各個(gè)單元對溫度目前我國環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置工藝技術(shù)均采要求的差異性較大,工藝從前到后需要經(jīng)過(guò)重復用SD、 Shell、UCC三家公司的專(zhuān)利技術(shù),工藝流的冷卻——升溫——冷卻過(guò)程,導致裝置整體的程和工藝技術(shù)基本相同,即以氧氣和乙烯為原料,能耗較高。在催化劑的作用下直接氧化生成環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷與水在一定的比例下進(jìn)行水合反應生成乙二醇,2裝置用能分析與優(yōu)化后經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、干燥、分餾等分離提純操作得到產(chǎn)品2.1基本數據統計乙二醇及副產(chǎn)品。本文以某石化環(huán)氧乙烷/乙二醇裝環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝流程是一個(gè)大規模的復置實(shí)際生產(chǎn)流程為例,對其換熱網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分析與優(yōu)化,其流程示意見(jiàn)圖1收稿日期:201作者簡(jiǎn)介:張繼RTVU中國煤化工工程專(zhuān)業(yè),碩士在裝置的能耗主要集中消耗在乙二醇的蒸發(fā)過(guò)讀,主要研究方CNMHG石油石化節能與減排☆2014年第4卷第3期☆雜系統,其工藝流程長(cháng)、參與換熱的流股多。為了很小的流股不予選取,但參與換熱的隱含流股不能進(jìn)行夾點(diǎn)計算必須收集裝置系統換熱工藝物流的相遺漏,例如再沸器循環(huán)釜液。根據現場(chǎng)實(shí)際情況收關(guān)數據,依照夾點(diǎn)設計過(guò)程中冷熱物流的提取原集裝置冷熱物流數據如表1、表2(表中EO:環(huán)氧則,出于簡(jiǎn)化考慮,對于一些雖參加換熱但熱負荷乙烷)。乙烯CO2放空氧氣乙烯氧化反應和吸收環(huán)氧乙烷汽提和再吸收CO脫除產(chǎn)品環(huán)氧乙烷原料汽提塔環(huán)氧乙烷精制乙二醇水合反應及乙二醇干燥和精制多效蒸發(fā)多乙二醇分離>PEGPMEG圖1環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝流程示意表1環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝熱物流數據物流編號物流名稱(chēng)初始溫度c目標溫度/c熱負荷MWEO反應出料洗滌水1024貧碳酸鹽溶液再生塔塔頂氣汽提塔塔頂氣19貧吸收液103.9回收氣EO精制塔釜液28.56再吸收塔釜循環(huán)液HIOEO精制塔塔頂氣H11真空效塔頂氣32.18H12循環(huán)水14.1干燥塔塔頂氣H14MEG塔頂21.15H15MEG產(chǎn)品H16MEG分離塔塔頂H17DEG塔頂回流H18DEG產(chǎn)品031H19蒸汽凝液中國煤化工192H20脫鹽水CNMHG 4.36張繼東等環(huán)氧乙烷乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化石油石化節能與減排表2環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝熱物流數據物流編號物流名稱(chēng)初始溫度℃目標溫度r℃熱負荷MWC01EO反應進(jìn)料氣180富吸收液63.10富碳酸鹽溶液9238.38再生塔再沸器111先滌水50汽提塔再沸器21.08精制塔再沸器精制塔側線(xiàn)再沸器精制塔進(jìn)料4056.50C10EG反應器進(jìn)料45.57工藝循環(huán)水21.1效再沸器17617834.70干燥塔再沸器15393MEG塔再沸器21.62C15分離塔再沸器1581.32DEG塔再沸器1802.47C17TEG塔再沸器1860.222.2用能分析根據系統總組合曲線(xiàn)圖3,結合實(shí)際冷熱物流2.2.1夾點(diǎn)計算分析情況可以看出:依據表1、表2列出的冷熱物流數據,根據經(jīng)1)通過(guò) Aspen Pinch軟件計算,在圖3可以得驗以及現場(chǎng)的實(shí)際情況選取10℃作為換熱網(wǎng)絡(luò )的到虛擬夾點(diǎn)溫度為107℃,最小熱公用工程量Qn最小傳熱溫差,利用 Aspen Pinch軟件,做出換熱為1273MW、最小冷公用工程為量Qc1346MW。網(wǎng)絡(luò )畫(huà)出夾點(diǎn)分析見(jiàn)圖2,冷熱物流總組合曲線(xiàn)見(jiàn)2)夾點(diǎn)下方存在大量的低溫熱未能回收利用,圖3。如再生塔塔頂氣出料溫度104℃負荷為2741MW全部通過(guò)空冷冷卻。不僅浪費了這部分熱源同時(shí)加大了公用工程的用量。3)系統中部分物流傳熱溫差過(guò)高,例如環(huán)氧乙烷反應進(jìn)料與出料的匹配換熱,過(guò)高的傳熱溫差導致?lián)Q熱過(guò)深,進(jìn)而影響汽提塔進(jìn)料溫度。4)裝置內的公用工程的溫位選擇基本合理,0100200300400加熱器和冷卻器的傳熱溫差基本合理。熱量MW2.2.2換熱網(wǎng)絡(luò )格子圖圖2裝置全匹配換熱網(wǎng)絡(luò )夾點(diǎn)分析圖網(wǎng)絡(luò )格子圖是對現有的換熱網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行診斷的工具,根據換熱網(wǎng)絡(luò )格子圖可以確定以下幾點(diǎn):①是否有穿越夾點(diǎn)換熱的換熱器;②夾點(diǎn)上方是否有冷卻器;③夾點(diǎn)下方是否有加熱器。如果出現以上150情況,就可以推斷該換熱系統的用能結構不合理,需加以改進(jìn)由圖4可知204060801001201401601)換熱網(wǎng)絡(luò )中夾點(diǎn)之上設置冷卻器,違背夾熱量/MW點(diǎn)設計規中國煤化工熱器均位于夾點(diǎn)圖3裝置全匹配換熱網(wǎng)絡(luò )夾點(diǎn)分析總組合曲線(xiàn)之上,不有YHCNMH的問(wèn)題。石油石化節能與減排☆2014年第4卷第3期☆2)換熱網(wǎng)絡(luò )中有2對冷熱物流跨夾點(diǎn)傳熱,3)裝置內部的熱聯(lián)合利用較少,多數需要冷其中H01-C01屬于部分跨夾點(diǎn)傳熱,而H08-C09卻或加熱的工藝物流采用公用工程冷卻或加熱,能屬于完全跨夾點(diǎn)傳熱。量未能得到合理的綜合利用。12℃HOIH02H10HIIH12H13HISH16H18H20COlC03C04HC05C06C12C14C15C16H112℃圖4環(huán)氧乙烷乙二醇裝置換熱網(wǎng)絡(luò )格子圖(優(yōu)化前)2.3調優(yōu)策略負荷3.49MW,同時(shí)可以減少循環(huán)水水冷器負荷1)合理匹配換熱網(wǎng)絡(luò )。乙烯氧化反應的進(jìn)976MW。對夾點(diǎn)之上設置冷卻器的問(wèn)題,H15比出料換熱H0-C01傳熱溫差過(guò)大,存在跨夾點(diǎn)較明顯,而其他物流雖然違背夾點(diǎn)設計規則,但傳熱現象,且過(guò)大的傳熱溫差導致?lián)Q熱過(guò)深,使由于其熱負荷較小,在換熱網(wǎng)絡(luò )中無(wú)合適的匹富吸收液進(jìn)入汽提塔的溫度受限。若利用貧吸收配,回收利用價(jià)值低。液H06對反應器進(jìn)料進(jìn)行預熱后再與反應器出料2)增大換熱面積,提高熱回收。通過(guò)查閱設進(jìn)行換熱,可有效的改善由于換熱過(guò)深而導致汽計資料,將實(shí)際工況與設計咨料對比發(fā)現富碳酸鹽提塔進(jìn)料溫度偏低的情況。調整后汽提塔進(jìn)料溫溶液進(jìn)再生中國煤化工過(guò)計算發(fā)現度由95℃提升至98℃,可以減少汽提塔再沸器由于貧富碳CNMH熱面積不足所8張繼東等.環(huán)氧乙烷乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化石油石化節能與減桃致,增加貧信富碳酸鹽溶液的換熱面積可將進(jìn)料溫度3)低溫熱回收利用。優(yōu)化調整換熱網(wǎng)絡(luò ),盡由92℃提升至設計值103℃,減少再生塔再沸器量回收系統內的低溫熱。優(yōu)化后換熱網(wǎng)絡(luò )格子圖如負荷232MW。圖5H02H05H06CHHI2H13H14HISH16H18C04(HC09C10HC16乙二醇進(jìn)料汽提塔進(jìn)料C18C19干燥塔進(jìn)料圖5環(huán)氧乙烷乙二醇裝置換熱網(wǎng)絡(luò )格子圖(優(yōu)化后優(yōu)化回收系統內的低溫熱,新增乙二醇進(jìn)料氣收裝置內的低溫熱,充分的利用好這部分能量將大體塔進(jìn)料換熱器、干燥塔進(jìn)料換熱器。通過(guò)低溫熱大降低裝置公用工程的消耗量。的回收利用可同時(shí)減少冷、熱公用工程量436MW。然而,從圖5可以看出,優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò )中3結論仍然存在大量的低溫熱通過(guò)冷公用工程直接冷卻1)通過(guò)夾點(diǎn)分析,發(fā)現裝置內部分換熱物流而未能回收利用,其主要原因是由于其溫位較低,匹配不合理,裝置內大量的低溫熱回收利用不充利用相對困難。對于該狀況可采用高效的能量轉換分,是導致裝置如熱泵、吸收式制冷等裝置。如能有效的回2)優(yōu)H中國煤化工CNMHG化反應器進(jìn)料換石油石化節能與減排☆2014年第4卷第3期☆熱流程可節省加熱負荷349MW、冷卻負荷976MW。參考文獻3)增加貧{富碳酸鹽溶液換熱器的換熱面積,]閭威,遲洪泉.環(huán)氧乙烷市場(chǎng)分析及預測J中國石油和提高熱回收量,可減少再生塔加熱負荷232MW?；そ?jīng)濟分析,2012,(08):61-634)新增2臺換熱器回收系統的低溫熱,可同2]kemp,LC.能量的有效利用—夾點(diǎn)分析與過(guò)程集成M時(shí)減少冷、熱負荷4.36MW。項曙光,賈小平,夏力,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20105)對系統內溫位較低的低溫熱,可利用熱(3]姚平經(jīng).全過(guò)程系統能量?jì)?yōu)化綜合M大連:大連理工大泵或吸收式制冷等高效能量轉換裝置進(jìn)一步回收學(xué)出版社,1995利用4]杜建軍,梁云峰,樊希山.環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)裝置用能分析與調優(yōu)J現代化工,2003,23(11):43-46Optimization of Heater Exchanger Network in EO/EG ProcessZhang Jidong, Ye Jianyun, Li Junheng, Wang Beixing(1. China University of Petroleum(Beijing ) Bejing 102249, China; 2. Sinopec Group EconomicsDevelopment Research Institute, Beijing 100029, China)Abstract: The pinch analysis is used to identify energy bottleneck in the present heat exchanger networkof an EO/EG unit. To tackle the energy bottleneck in the heat exchanger network, the optimization schemeproposed and the simulation results show that the scheme can save hot utility requirement 10 17MW and cold utilityrequirement 14.12MWKey words: EO/EG; pinch analysis; heat exchanger networks; energy-saving簡(jiǎn)訊生產(chǎn)生物乙烯的新工藝據美國《世界煉油商務(wù)文摘周刊》報道,法國道達爾石化與法國石油研究院新能源公司( IFPEN)對半合資成立的Atol公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用乙醇生產(chǎn)乙烯的新工藝。Atol公司宣布,新工藝將由法國石油研究院(IFP)的分支機構 Axens公司對外技術(shù)轉讓。用乙醇生產(chǎn)生物乙烯,再用生物乙烯生產(chǎn)聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯和其它乙烯衍生物。道達爾負責煉油和石油化工業(yè)務(wù)的副總裁稱(chēng),與聲譽(yù)好的研發(fā)機構 IFPEN和技術(shù)轉讓商 Axens公司合作,為這項創(chuàng )新工藝走向市場(chǎng)很快工業(yè)應用創(chuàng )造了有利的條件。中國煤化工CNMHG石華信摘譯