氯乙烯生產(chǎn)中能量的優(yōu)化集成

節能工程氯乙烯生產(chǎn)中能量的優(yōu)化集成上海氯堿化工股份有限公司金玉華摘要: 通過(guò)對換熱網(wǎng)絡(luò )夾點(diǎn)技術(shù)的分析應用，提出了公司氯乙烯裝置用能的優(yōu)化節能改造方案,進(jìn)一步提高熱能利用效率,肯定了運用過(guò)程系統能量的的優(yōu)化集成技術(shù)所帶來(lái)的節能效應,使企業(yè)達到降低能耗、增加效益、提高能源利用率的目的。關(guān)鍵詞:夾點(diǎn)技術(shù);換熱網(wǎng)絡(luò )技術(shù)分析;系統節能優(yōu)化;節能降耗The application of energy optimization and integration in chlorethyleneproducing processBy jin YuhuaAbstract: By analysis of heat exchange network pinch point technology, the authorbrings forward the creative solution of energy optimization and integration in chlorethyleneproducing process, which improves energy eficiency and confirms the energy saving effect thatis obtained in the process of using system energy optimization and integration technology. It'sgoal is to reduce company s cost, enhance company's profit and improve energy efficiency.Keywords: pinch point technology; analysis of heat exchange network; system energysaving optimization; energy saving and waste- -gas reducing1前言找出夾點(diǎn)不允許通過(guò)夾點(diǎn)換熱;再以最少換熱設備上海氯堿化工股份有限公司是一個(gè)現代化的數為 目標,對初始網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行調優(yōu),以減少換熱設備數特大型化工企業(yè),全年消耗水、電汽、燃料油達70及設備 投資費用，從而獲得-個(gè)最優(yōu)或 接近最優(yōu)的萬(wàn)噸標準煤,能源成本30%以上,節能降耗潛力很換熱網(wǎng)絡(luò )。 夾點(diǎn)技術(shù)以熱力學(xué)理論為基礎，形成了大。節約能源是實(shí)現可持續發(fā)展、提高企業(yè)競爭力較為 系統的理論基礎。使用實(shí)踐證明，該技術(shù)對換的基本保證。應用能量的優(yōu)化集成技術(shù),通過(guò)對公熱 器網(wǎng)絡(luò )的最優(yōu)綜合簡(jiǎn)單有效,很有應用前景。司用熱設備和放熱設備的用能匹配改造后,系統的當冷熱復合曲線(xiàn)同時(shí)出現在T-H圖上時(shí),兩用能可望明顯減少，進(jìn)而提高余能余熱回收水平,條曲線(xiàn)的相對位置有三種不同的情況。是實(shí)現公司系統節能優(yōu)化,能耗進(jìn)- -步 下降的有效如圖1(a)所示,全部冷物流由加熱公用工程措施。加熱,全部熱流由冷卻公用工程冷卻,過(guò)程中的熱量全部沒(méi)有回收。此時(shí),加熱公用工程所提供的熱2換熱網(wǎng)絡(luò )的夾點(diǎn).量Qh和冷卻公用工程所提供的冷卻量Qc為最夾點(diǎn)技術(shù)的核心是根據能量目標構造- -個(gè)具大。有最大能量回收特性的換熱初始網(wǎng)絡(luò ),其基本點(diǎn)是中國煤化工平移,則熱流所YHCNMHGSHANGHAI ENERGY 532008年第2期節能工程放出的一部分熱量可以用來(lái)加熱冷物流,所以加熱夾點(diǎn)之上和夾點(diǎn)之下。夾點(diǎn)之上是熱端,只有換熱公用工程所提供的熱量Qh和冷卻公用工程所提和加熱公用工程,沒(méi)有任何熱量流出,可看成是一供的冷卻量Qc均相應減少。但此時(shí)由于是以最高個(gè)熱阱 ;夾點(diǎn)之下是冷端,只有換熱和冷卻公用工溫度的熱流加熱最低溫度的冷流，傳熱溫差很大，程 ,沒(méi)有任何熱量流入,可看成是一個(gè)熱源;在夾點(diǎn)可回收利用的余熱Qr也有限。處,熱流量為零。如果繼續移動(dòng)冷復合曲線(xiàn)至圖1 (c)所示位如果發(fā)生跨越夾點(diǎn)的熱量傳遞a,即夾點(diǎn)之置,使兩條復合曲線(xiàn)幾乎在某點(diǎn)重合,此時(shí),加熱公上熱物流與夾點(diǎn)之下冷物流進(jìn)行換熱匹配,則根據用工程所提供的熱量Qh和冷卻公用工程所提供夾點(diǎn)上下子系統的熱平衡可知,夾點(diǎn)之上的加熱公的冷卻量Qc均達到最小，所回收的熱量Qr達到用工程量和夾點(diǎn)之下的冷卻公用工程量均相應的最大。冷熱復合曲線(xiàn)在某點(diǎn)重合時(shí)該系統內部換熱增加 a。因此,為達到最小公用工程用量,夾點(diǎn)方的極限,重合即該點(diǎn)的傳熱溫差為零,該點(diǎn)即為夾法的設計 原則是:點(diǎn)。1)夾點(diǎn)之上不應設置任何公用工程冷卻器;夾點(diǎn)的出現將整個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò )分成了兩個(gè)部分:2)夾點(diǎn)之下不應設置任何公用工程加熱器;3)不應有跨越夾點(diǎn)的傳熱。T↑(a)3氯乙烯裝置用能不合理處分析公司的氯乙烯生產(chǎn)裝置已經(jīng)具備了年產(chǎn)40萬(wàn)噸的產(chǎn)能。裝置采用日本三井東亞公司技術(shù),在不斷的擴產(chǎn)過(guò)程中,進(jìn)行了節能技術(shù)改造,其中平衡2HH氧氯化單元和裂解單元采用德國專(zhuān)利商的冷急冷技術(shù)及熱急冷技術(shù)?！?b)在整個(gè)聚氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程程中,氯乙烯裝置的用能占了整個(gè)生產(chǎn)用能的50%(見(jiàn)表1)。表1氯乙烯裝置公用工程月耗量公用工程消耗量(t)] 占全廠(chǎng) 同類(lèi)項目總能耗比例(%) ]低壓蒸汽1730230.0中壓蒸汽|1572978.6循環(huán)水1065.07 萬(wàn)58.7↑(e)連續操作的換熱器為交換熱量,使介質(zhì)達到工藝所需溫度的重要耗能設備。熱量交換的對象是流程中的物流。我們將這些物流分為吸收熱量的冷物| 夾點(diǎn)流和放出熱量的熱物流。我們一共從流程中提取了27股熱物流和33股冷物流(這些物流在熱量交換◆H時(shí),不會(huì )影響分離效果)。QeQar根據現有換熱網(wǎng)絡(luò )的情況，并設定最小傳熱溫差中國煤化工軟件計算出系團1換熱系統的集成YHCNMHG! 54 SHANGHAI ENERGY2008年第2期節能工程表2用能不合理處分析| 物流編號用能不合理處熱值(10'kcal/h)2#塔頂出料238. 282#EDC急冷塔循環(huán)物流(1)351. 57夾點(diǎn)之上設冷卻公用工程3EDC急冷塔循環(huán)物流(2)591.74急冷塔出料958. 85回收塔回流罐出料9114. 98+高壓蒸汽5裂解爐進(jìn)料EDC (1)1470. 7夾點(diǎn)之下設加熱公用工程6#VC2#塔再沸器304. 27$裂解爐進(jìn)料(2)528. 238#進(jìn)料HCL139. 2610#.0C反應器進(jìn)料HCL112. 84總計5395. 98節能潛力10791. 95 .統的能量目標。我們取最小傳熱溫差10C,計算出經(jīng)濟分析。系統的能量目標如下:在表2中不合理利用的熱量超過(guò)200最小加熱公用工程用量48072 x 10kcal/h,( 10kcal/h )的物流有7股。1-4股熱流在夾點(diǎn)之下最小冷卻公用工程用量39199 x 10kcalh。都放出大量的熱，而5-7股物流在夾點(diǎn)之上也要而這60股物流的設計公用工程消耗量分別為:吸收相當的熱量。這幾股物流之間匹配在夾點(diǎn)上下熱公用工程53503 x 10kal/h,都可以回收到熱量,而換熱單元數又較少?；谝岳涔霉こ?4630 x 10kcal/h。上的考慮,列出了各種可能的匹配方案?？梢?jiàn)系統還有11%的節能潛力。.依據實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步審核.修改。經(jīng)過(guò)調在確定系統能量目標的同時(shí),也計算出夾點(diǎn)溫查,發(fā)現實(shí)際條件的限制有:設備之間距離的限制，度為82.8C,而該溫度將系統分為夾點(diǎn)之上和夾點(diǎn)篩選方案時(shí)只保留了單元內部以及相鄰單元之間之下兩部分。根據夾點(diǎn)技術(shù)設計三原則(夾點(diǎn)之上設備距離合適的集成方案;實(shí)際操作條件改變的限不應設置冷卻公用工程;夾點(diǎn)之下不應設置加熱公制;操作時(shí)間( 模式)的限制;安全因素的限制。用工程;不應有跨越夾點(diǎn)的傳熱)可以找出現有裝考慮到上面的限制因素，篩選出如下的改造置用能不合理的地方，把有些物流熱值較大的方案:(>200x 103kcal/h )列于表2中。這些物流就是下方案1:利用裂解爐后面急冷塔的循環(huán)料放熱一階段節能改造所要重點(diǎn)考慮的物流。來(lái)預熱裂解爐進(jìn)料。從表2中可知，裂解爐的進(jìn)料5#和6#需要4氯乙烯裝置用能的優(yōu)化改造方案從32C被加熱到100°以上，而就在同一單元內根據上面對用能不合理處的分析,提出多種能急冷塔循環(huán)料2#和3#卻要從90C被冷卻到量回收的參考方案,并考慮實(shí)際條件的限制,從參45C,因而可以將這兩組物流集成在一起。即用考方案中篩選出可行的方案,對這些方案進(jìn)行技術(shù)3#爐中國煤化工$、2#裂解爐YHCNMHGSHANGHAI ENERGY552008年第2期節能工程表3新增換熱器A估算表5新增換熱器C估算最小傳熱溫差(C)1(0對數平均溫差(C)19.9618.20熱負荷(0)kcal/h)1798.25熱負荷( 10'kca/h)168.42換熱面積(平方米)407.7391.17換熱器投資費(元)295537.61115025.29管道,安裝費用(元)10000.00年節省水費用(元)359650.56年節省水費(元)33684.85年節省蒸汽費用(元)4805609.20年節省蒸汽費(元)450093.07投資回收期(年)0.080.44表4新增換熱器B估算表6新增換熱器D估算最小傳熱溫差(9C)10對數平均溫差25.18對數平均溫差(9C)Q( 10'kcal/h)555.74熱負荷( 10'kcal/h)換熱器面積(平方米)116.52134246.2211147.434年節省操作費用(元)1435941.930.15的進(jìn)料EDC(5#),新增換熱器A就能使能量得到有熱系數0.87( 10kcalh.C.m2);冷物流(7#)的進(jìn)口效集成利用;用1#或者2#裂解爐的急冷塔循環(huán)溫度32C,熱容流率11.07( 10kcal/h.9C),對流換料(2# )加熱3#裂解爐的進(jìn)料EDC(7#),新增換熱熱系數0.30( 10.kcal/h.C.m2 )。若冷物流(7#)的出器B使能量得到有效集成利用?？跍囟确謩e設定為80C和75C,則根據熱力學(xué)公該方案經(jīng)濟效益估算如下。式,我們也可以計算出節能效益。計算結果列于表對于換熱器A，已知其熱物流的進(jìn)口溫度4中。98C,熱容流率11.07( 10kcal/h.C),對流換熱系方案2:用1200單元急冷塔塔頂出料加熱氧數0.87 (10kcal/h.C.m2); 冷物流的進(jìn)口溫度氯化反應器進(jìn)料HC。32C,熱容流率32.11( 10kcal/h.C),對流換熱系急冷塔C1201塔頂出料溫度104C,經(jīng)數0.30( 10kcal/h.C.m2)。若最小傳熱溫差設定E1204冷卻后溫度降低至40°C,可以考慮分流- -為10C,則冷物流的出口溫度為88°C ,根據熱力部分塔頂料用來(lái)預熱進(jìn)料HCI。該方案需新增一臺學(xué)公式計算結果列于表3。換熱器C。該方案的經(jīng)濟效益估算如下。對于新增換熱器B,已知其熱物流(2#)的進(jìn)口對換熱器C，已知其熱物流4#的進(jìn)口溫度溫度90C,熱容流率79.90( 10kcal/h.C),對流換中國煤化工1.C),對流換熱TYHCNMHG56 SHANGHA ENERGY .. 2008年第2期.節能工程'系數0.47( 10kcal/h.C.m2);冷物流8#的進(jìn)口溫處用能不合理的工藝和設備,提出了相應的節能改度10C,熱容流率2.40( 10kcal/h.C ),對流換熱造方案及其技術(shù)經(jīng)濟分析:用裂解爐急冷塔循環(huán)料系數0.13( 10kcal/h.C.m2)。若最小傳熱溫差設預熱裂解爐進(jìn)料每小時(shí)可回收235.7 萬(wàn)大卡熱量，定為10C,則冷物流1201的出口溫度為92C,以預熱氧氯化反應器的進(jìn)料Oz和HCI,每小時(shí)可回.上計算的結果列于表5中。.收26.0萬(wàn)大卡熱量。以上能量?jì)?yōu)化方案我們已基方案3:用300單元物流9#預熱氧氯化反應本用于實(shí)際生產(chǎn)中,并取得了很好節能效果。器進(jìn)料HCl。過(guò)程系統能量集成技術(shù)是清潔生產(chǎn)的關(guān)鍵- -300單元EDC回收塔回流罐的出料物流9#環(huán)，其基本目標是能源消耗最小化，并綜合考慮經(jīng)經(jīng)噴射泵和蒸汽混合后,溫度升高到160度,可以濟、環(huán)境、安全等因素。這種過(guò)程系統的夾點(diǎn)技術(shù)，考慮用這股物流預熱氧氯化反應器的進(jìn)料HCI,即在新廠(chǎng)設計上比傳統方法節能30% ~ 50%，節省物流10#。該方案需新增一臺換熱器D。投資10%左右,在老廠(chǎng)改造上可節能20% ~ 35%，同樣,根據公式對該方案的經(jīng)濟效益進(jìn)行了估投資回收年限一般只有0.5~3年。由于夾點(diǎn)技術(shù)算,結果列于表6中。能取得明顯的節能和降低成本的效果，在各國正日益受到重視。實(shí)施清潔生產(chǎn),實(shí)現經(jīng)濟與環(huán)境同5小結步發(fā)展，過(guò)程系統能量集成技術(shù)有著(zhù)很大的應用氯乙烯裝置結構復雜:共由9個(gè)單元組成,同前景。時(shí)包括上世紀90年代初的老裝置和上世紀90年代后期的新裝置。氯乙烯裝置用能設備分布廣,整參考文獻:個(gè)裝置有換熱器近百個(gè),300.500單元的精餾塔和1利用現代技術(shù)提升企業(yè)的用能水平 浙江400單元的裂解爐能耗都很高。因而需要從多角大學(xué) 2004年 12月度、多層次來(lái)考慮氯乙烯裝置的節能問(wèn)題。2全過(guò)程系統能量?jì)?yōu)化綜合大連理工出版通過(guò)對用熱設備和放熱設備的用能匹配,在不社1995年’ 姚經(jīng)平改變工藝條件的情況下系統還有11%的節能潛3過(guò)程工業(yè)節能的夾點(diǎn)技術(shù)化工部節 能中.力，并發(fā)現系統的夾點(diǎn)溫度為82.8C。找出了21心 1994年盧灣區、南匯區部署2008年節能減排工作.3月19日,盧灣區召開(kāi)節能減排工作推進(jìn)會(huì )，能工作專(zhuān)項人員、全面實(shí)施節能 目標考核、建立能提出確保2008年萬(wàn)元增加值能耗指標保持全市，耗月 度分析制度加大產(chǎn)業(yè)結構調整力度、進(jìn)一步最低之一,第三產(chǎn)業(yè)節能降耗工作要有突破。會(huì )議深入推進(jìn)十大節能工程, 重點(diǎn)用能企業(yè)要以高度還下發(fā)學(xué)習《節能法》有關(guān)資料,要求各單位認真的企業(yè)社會(huì )責任感對待節能工作。學(xué)習、宣傳、貫徹《節能法》,不斷推進(jìn)本單位節能會(huì )后，區經(jīng)委對能源管理工作人員開(kāi)展了本減排工作的深入發(fā)展。年度第一次業(yè)務(wù)培訓。3月21日,南匯區經(jīng)委召開(kāi)2008年工商業(yè)(盧灣、南匯區經(jīng)委)節能工作會(huì )議。要求在2008年各單位要落實(shí)節中國煤化工MYHCNMHG上本節展57SHANGHAI ENERGY 52008年第2期