氯乙烯生产中能量的优化集成

节能工程氯乙烯生产中能量的优化集成上海氯碱化工股份有限公司金玉华摘要: 通过对换热网络夹点技术的分析应用，提出了公司氯乙烯装置用能的优化节能改造方案,进一步提高热能利用效率,肯定了运用过程系统能量的的优化集成技术所带来的节能效应,使企业达到降低能耗、增加效益、提高能源利用率的目的。关键词:夹点技术;换热网络技术分析;系统节能优化;节能降耗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前言找出夹点不允许通过夹点换热;再以最少换热设备上海氯碱化工股份有限公司是一个现代化的数为 目标,对初始网络进行调优,以减少换热设备数特大型化工企业,全年消耗水、电汽、燃料油达70及设备 投资费用，从而获得-个最优或 接近最优的万吨标准煤,能源成本30%以上,节能降耗潜力很换热网络。 夹点技术以热力学理论为基础，形成了大。节约能源是实现可持续发展、提高企业竞争力较为 系统的理论基础。使用实践证明，该技术对换的基本保证。应用能量的优化集成技术,通过对公热 器网络的最优综合简单有效,很有应用前景。司用热设备和放热设备的用能匹配改造后,系统的当冷热复合曲线同时出现在T-H图上时,两用能可望明显减少，进而提高余能余热回收水平,条曲线的相对位置有三种不同的情况。是实现公司系统节能优化,能耗进- -步 下降的有效如图1(a)所示,全部冷物流由加热公用工程措施。加热,全部热流由冷却公用工程冷却,过程中的热量全部没有回收。此时,加热公用工程所提供的热2换热网络的夹点.量Qh和冷却公用工程所提供的冷却量Qc为最夹点技术的核心是根据能量目标构造- -个具大。有最大能量回收特性的换热初始网络,其基本点是中国煤化工平移,则热流所YHCNMHGSHANGHAI ENERGY 532008年第2期节能工程放出的一部分热量可以用来加热冷物流,所以加热夹点之上和夹点之下。夹点之上是热端,只有换热公用工程所提供的热量Qh和冷却公用工程所提和加热公用工程,没有任何热量流出,可看成是一供的冷却量Qc均相应减少。但此时由于是以最高个热阱 ;夹点之下是冷端,只有换热和冷却公用工温度的热流加热最低温度的冷流，传热温差很大，程 ,没有任何热量流入,可看成是一个热源;在夹点可回收利用的余热Qr也有限。处,热流量为零。如果继续移动冷复合曲线至图1 (c)所示位如果发生跨越夹点的热量传递a,即夹点之置,使两条复合曲线几乎在某点重合,此时,加热公上热物流与夹点之下冷物流进行换热匹配,则根据用工程所提供的热量Qh和冷却公用工程所提供夹点上下子系统的热平衡可知,夹点之上的加热公的冷却量Qc均达到最小，所回收的热量Qr达到用工程量和夹点之下的冷却公用工程量均相应的最大。冷热复合曲线在某点重合时该系统内部换热增加 a。因此,为达到最小公用工程用量,夹点方的极限,重合即该点的传热温差为零,该点即为夹法的设计 原则是:点。1)夹点之上不应设置任何公用工程冷却器;夹点的出现将整个换热网络分成了两个部分:2)夹点之下不应设置任何公用工程加热器;3)不应有跨越夹点的传热。T↑(a)3氯乙烯装置用能不合理处分析公司的氯乙烯生产装置已经具备了年产40万吨的产能。装置采用日本三井东亚公司技术,在不断的扩产过程中,进行了节能技术改造,其中平衡2HH氧氯化单元和裂解单元采用德国专利商的冷急冷技术及热急冷技术。↑(b)在整个聚氯乙烯生产过程程中,氯乙烯装置的用能占了整个生产用能的50%(见表1)。表1氯乙烯装置公用工程月耗量公用工程消耗量(t)] 占全厂 同类项目总能耗比例(%) ]低压蒸汽1730230.0中压蒸汽|1572978.6循环水1065.07 万58.7↑(e)连续操作的换热器为交换热量,使介质达到工艺所需温度的重要耗能设备。热量交换的对象是流程中的物流。我们将这些物流分为吸收热量的冷物| 夹点流和放出热量的热物流。我们一共从流程中提取了27股热物流和33股冷物流(这些物流在热量交换◆H时,不会影响分离效果)。QeQar根据现有换热网络的情况，并设定最小传热温差中国煤化工软件计算出系團1换热系统的集成YHCNMHG! 54 SHANGHAI ENERGY2008年第2期节能工程表2用能不合理处分析| 物流编号用能不合理处热值(10'kcal/h)2#塔顶出料238. 282#EDC急冷塔循环物流(1)351. 57夹点之上设冷却公用工程3EDC急冷塔循环物流(2)591.74急冷塔出料958. 85回收塔回流罐出料9114. 98+高压蒸汽5裂解炉进料EDC (1)1470. 7夹点之下设加热公用工程6#VC2#塔再沸器304. 27$裂解炉进料(2)528. 238#进料HCL139. 2610#.0C反应器进料HCL112. 84总计5395. 98节能潜力10791. 95 .统的能量目标。我们取最小传热温差10C,计算出经济分析。系统的能量目标如下:在表2中不合理利用的热量超过200最小加热公用工程用量48072 x 10kcal/h,( 10kcal/h )的物流有7股。1-4股热流在夹点之下最小冷却公用工程用量39199 x 10kcalh。都放出大量的热，而5-7股物流在夹点之上也要而这60股物流的设计公用工程消耗量分别为:吸收相当的热量。这几股物流之间匹配在夹点上下热公用工程53503 x 10kal/h,都可以回收到热量,而换热单元数又较少。基于以冷公用工程44630 x 10kcal/h。上的考虑,列出了各种可能的匹配方案。可见系统还有11%的节能潜力。.依据实际情况进行进一步审核.修改。经过调在确定系统能量目标的同时,也计算出夹点温查,发现实际条件的限制有:设备之间距离的限制，度为82.8C,而该温度将系统分为夹点之上和夹点筛选方案时只保留了单元内部以及相邻单元之间之下两部分。根据夹点技术设计三原则(夹点之上设备距离合适的集成方案;实际操作条件改变的限不应设置冷却公用工程;夹点之下不应设置加热公制;操作时间( 模式)的限制;安全因素的限制。用工程;不应有跨越夹点的传热)可以找出现有装考虑到上面的限制因素，筛选出如下的改造置用能不合理的地方，把有些物流热值较大的方案:(>200x 103kcal/h )列于表2中。这些物流就是下方案1:利用裂解炉后面急冷塔的循环料放热一阶段节能改造所要重点考虑的物流。来预热裂解炉进料。从表2中可知，裂解炉的进料5#和6#需要4氯乙烯装置用能的优化改造方案从32C被加热到100°以上，而就在同一单元内根据上面对用能不合理处的分析,提出多种能急冷塔循环料2#和3#却要从90C被冷却到量回收的参考方案,并考虑实际条件的限制,从参45C,因而可以将这两组物流集成在一起。即用考方案中筛选出可行的方案,对这些方案进行技术3#炉中国煤化工$、2#裂解炉YHCNMHGSHANGHAI ENERGY552008年第2期节能工程表3新增换热器A估算表5新增换热器C估算最小传热温差(C)1(0对数平均温差(C)19.9618.20热负荷(0)kcal/h)1798.25热负荷( 10'kca/h)168.42换热面积(平方米)407.7391.17换热器投资费(元)295537.61115025.29管道,安装费用(元)10000.00年节省水费用(元)359650.56年节省水费(元)33684.85年节省蒸汽费用(元)4805609.20年节省蒸汽费(元)450093.07投资回收期(年)0.080.44表4新增换热器B估算表6新增换热器D估算最小传热温差(9C)10对数平均温差25.18对数平均温差(9C)Q( 10'kcal/h)555.74热负荷( 10'kcal/h)换热器面积(平方米)116.52134246.2211147.434年节省操作费用(元)1435941.930.15的进料EDC(5#),新增换热器A就能使能量得到有热系数0.87( 10kcalh.C.m2);冷物流(7#)的进口效集成利用;用1#或者2#裂解炉的急冷塔循环温度32C,热容流率11.07( 10kcal/h.9C),对流换料(2# )加热3#裂解炉的进料EDC(7#),新增换热热系数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。口温度分别设定为80C和75C,则根据热力学公该方案经济效益估算如下。式,我们也可以计算出节能效益。计算结果列于表对于换热器A，已知其热物流的进口温度4中。98C,热容流率11.07( 10kcal/h.C),对流换热系方案2:用1200单元急冷塔塔顶出料加热氧数0.87 (10kcal/h.C.m2); 冷物流的进口温度氯化反应器进料HC。32C,热容流率32.11( 10kcal/h.C),对流换热系急冷塔C1201塔顶出料温度104C,经数0.30( 10kcal/h.C.m2)。若最小传热温差设定E1204冷却后温度降低至40°C,可以考虑分流- -为10C,则冷物流的出口温度为88°C ,根据热力部分塔顶料用来预热进料HCI。该方案需新增一台学公式计算结果列于表3。换热器C。该方案的经济效益估算如下。对于新增换热器B,已知其热物流(2#)的进口对换热器C，已知其热物流4#的进口温度温度90C,热容流率79.90( 10kcal/h.C),对流换中国煤化工1.C),对流换热TYHCNMHG56 SHANGHA ENERGY .. 2008年第2期.节能工程'系数0.47( 10kcal/h.C.m2);冷物流8#的进口温处用能不合理的工艺和设备,提出了相应的节能改度10C,热容流率2.40( 10kcal/h.C ),对流换热造方案及其技术经济分析:用裂解炉急冷塔循环料系数0.13( 10kcal/h.C.m2)。若最小传热温差设预热裂解炉进料每小时可回收235.7 万大卡热量，定为10C,则冷物流1201的出口温度为92C,以预热氧氯化反应器的进料Oz和HCI,每小时可回.上计算的结果列于表5中。.收26.0万大卡热量。以上能量优化方案我们已基方案3:用300单元物流9#预热氧氯化反应本用于实际生产中,并取得了很好节能效果。器进料HCl。过程系统能量集成技术是清洁生产的关键- -300单元EDC回收塔回流罐的出料物流9#环，其基本目标是能源消耗最小化，并综合考虑经经喷射泵和蒸汽混合后,温度升高到160度,可以济、环境、安全等因素。这种过程系统的夹点技术，考虑用这股物流预热氧氯化反应器的进料HCI,即在新厂设计上比传统方法节能30% ~ 50%，节省物流10#。该方案需新增一台换热器D。投资10%左右,在老厂改造上可节能20% ~ 35%，同样,根据公式对该方案的经济效益进行了估投资回收年限一般只有0.5~3年。由于夹点技术算,结果列于表6中。能取得明显的节能和降低成本的效果，在各国正日益受到重视。实施清洁生产,实现经济与环境同5小结步发展，过程系统能量集成技术有着很大的应用氯乙烯装置结构复杂:共由9个单元组成,同前景。时包括上世纪90年代初的老装置和上世纪90年代后期的新装置。氯乙烯装置用能设备分布广,整参考文献:个装置有换热器近百个,300.500单元的精馏塔和1利用现代技术提升企业的用能水平 浙江400单元的裂解炉能耗都很高。因而需要从多角大学 2004年 12月度、多层次来考虑氯乙烯装置的节能问题。2全过程系统能量优化综合大连理工出版通过对用热设备和放热设备的用能匹配,在不社1995年’ 姚经平改变工艺条件的情况下系统还有11%的节能潜3过程工业节能的夹点技术化工部节 能中.力，并发现系统的夹点温度为82.8C。找出了21心 1994年卢湾区、南汇区部署2008年节能减排工作.3月19日,卢湾区召开节能减排工作推进会，能工作专项人员、全面实施节能 目标考核、建立能提出确保2008年万元增加值能耗指标保持全市，耗月 度分析制度加大产业结构调整力度、进一步最低之一,第三产业节能降耗工作要有突破。会议深入推进十大节能工程, 重点用能企业要以高度还下发学习《节能法》有关资料,要求各单位认真的企业社会责任感对待节能工作。学习、宣传、贯彻《节能法》,不断推进本单位节能会后，区经委对能源管理工作人员开展了本减排工作的深入发展。年度第一次业务培训。3月21日,南汇区经委召开2008年工商业(卢湾、南汇区经委)节能工作会议。要求在2008年各单位要落实节中国煤化工MYHCNMHG上本节展57SHANGHAI ENERGY 52008年第2期