环氧乙烷/乙二醇工艺换热网络优化

石油石化节能与减4年第4卷第3期Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical Industry节能找术环氧乙烷/乙二醇工艺换热网络优化张继东,叶剑云2,李俊恒,王北星2(1中国石油大学(北京)理学院,北京102249;2中国石化集团公司经济技术研究院节能技术服务中心,北京10009摘要:基于某石化环氧乙烷/乙二醇装置现有换热网络,利用夹点分析技术,发现用能不合理之处,针对用能不合理的情况,提出相应的优化方案,对方案节能量进行模拟计算,优化后可减少热公用工程量1017MW、冷公用工程量1412MW关键词:环氧乙烷乙二醇夹点分析换热网络节能物M聚酯工业快速发展,我国环氧乙烷、乙二醇的程、乙二醇干燥和精制过程、环氧乙烷的汽提精制消费量不断增加。为了满足市场需求,中国石化和过程以及CO2的脱除过程。乙二醇装置能耗主要以中国石油等多家企业正在加速扩建和新建大型环氧电和蒸汽的形式体现。乙烷生产装置。预计2012-2015年我国环氧乙烷乙烯氧化反应为放热反应,产生大量的反应生产能力将增加150-270万ta田。我国的环氧乙热,因此装置副产大量的蒸汽,供装置内部使用。烷/乙二醇装置均采用上世纪80年代国外的专利技此外,环氧乙烷水合过程中为了保证乙二醇的收术,技术水平相对落后,能耗较高。近年来,以夹率减少副产物的量,水合反应需要在较高的水比点技术为代表的过程集成技术,在石油、化工领(1:22-25)下进行反应,导致后续过程的乙二醇域中的成功应用证明,利用夹点技术对工业装置的提纯分离过程需消耗大量的蒸汽。另外在环氧乙烷换热网络进行用能分析与调优,可取得良好的节能吸收与再吸收的过程中为了保证吸收效果,要求吸效果。收水必须处于较低的温度,决定了吸收单元的来料本文针对环氧乙烷/乙二醇装置生产中的能量温度较低,而水合过程的起始反应温度较高,需要利用问题,用夹点分析技术对装置的换热网络进行大量的热量对其进行加热升温,同样对于环氧乙烷分析,对其进行系统的能量综合,最终达到系统能精制过程需要在140℃条件下进行分离,而产品量的综合利用,实现装置节能降耗的目的。环氧乙烷需控制在-15~-5℃条件下储存,分离后需要消耗大量的冷却负荷。总之,虽然装置自1环氧乙烷乙二醇装置工艺特点产大量的蒸汽,而整个工艺流程各个单元对温度目前我国环氧乙烷/乙二醇装置工艺技术均采要求的差异性较大,工艺从前到后需要经过重复用SD、 Shell、UCC三家公司的专利技术,工艺流的冷却——升温——冷却过程,导致装置整体的程和工艺技术基本相同,即以氧气和乙烯为原料,能耗较高。在催化剂的作用下直接氧化生成环氧乙烷,环氧乙烷与水在一定的比例下进行水合反应生成乙二醇,2装置用能分析与优化后经过蒸发、干燥、分馏等分离提纯操作得到产品2.1基本数据统计乙二醇及副产品。本文以某石化环氧乙烷/乙二醇装环氧乙烷/乙二醇工艺流程是一个大规模的复置实际生产流程为例,对其换热网络进行分析与优化,其流程示意见图1。收稿日期:2013-09-24作者简介:张继东,中国石油大学(北京)化学工程专业,硕士在装置的能耗主要集中消耗在乙二醇的蒸发过读,主要研究方向炼油化工企业节能优化石油石化节能与减掛☆2014年第4卷第3期☆杂系统,其工艺流程长、参与换热的流股多。为了很小的流股不予选取,但参与换热的隐含流股不能进行夹点计算必须收集装置系统换热工艺物流的相遗漏,例如再沸器循环釜液。根据现场实际情况收关数据,依照夹点设计过程中冷热物流的提取原集装置冷热物流数据如表1、表2(表中EO:环氧则,出于简化考虑,对于一些虽参加换热但热负荷乙烷)。乙烯CO2放空乙烯氧化反应和吸收环氧乙烷汽提和再吸收CO2脱除甲烷原料汽提塔产品环氧乙烷环氧乙烷精制卡DEG乙二醇水合反应及乙二醇干燥和精制多效蒸发多乙二醇分离图1环氧乙烷/乙二醇工艺流程示意表1环氧乙烷/乙二醇工艺热物流数据物流编号物流名称初始温度/C目标温度/c热负荷MW反应出料7595洗涤水贫碳酸盐溶液38.38再生塔塔顶气汽提塔塔顶气贫吸收液H07回收气0.82精制塔釜液28.56再吸收塔釜循环液HIOEO精制塔塔顶气H11真空效塔顶气3218H12H13干燥塔塔顶气HI4MEG塔顶14121.15H15MEG产品HI6MEG分离塔塔顶H17DEG塔顶回流H18DEG产品031H19蒸汽凝液192H20脱盐水张继东等环氧乙烷/乙二醇工艺换热网络优化石油石化节能与减排表2环氧乙烷乙二醇工艺热物流数据物流编号物流名称初始温度℃目标温度rC热负荷MVEO反应进料气180攵液63.10富碳酸盐溶液38.38再生塔再沸器11121.67先涤水50汽提塔再沸器11021.08精制塔再沸器精制塔侧线再沸器54精制塔进料6C10EG反应器进料45.57工艺循环水21.1C12效再沸器17617834.70干燥塔再沸器1551593MEG塔再沸器158分离塔再沸器158C16DEG塔再沸器190247C17TEG塔再沸器0.222.2用能分析根据系统总组合曲线图3,结合实际冷热物流2.2.1夹点计算分析情况可以看出:依据表1、表2列出的冷热物流数据,根据经1)通过 Aspen Pinch软件计算,在图3可以得验以及现场的实际情况选取10℃作为换热网络的到虚拟夹点温度为107℃,最小热公用工程量Qn最小传热温差,利用 Aspen Pinch软件,做出换热为1273MW、最小冷公用工程为量Qc1346MW。网络画出夹点分析见图2,冷热物流总组合曲线见2)夹点下方存在大量的低温热未能回收利用,图3。如再生塔塔顶气出料温度104℃负荷为2741MW全部通过空冷冷却。不仅浪费了这部分热源同时加250大了公用工程的用量。3)系统中部分物流传热温差过高,例如环氧乙烷反应进料与出料的匹配换热,过高的传热温差理100导致换热过深,进而影响汽提塔进料温度。4)装置内的公用工程的温位选择基本合理,010020030040050加热器和冷却器的传热温差基本合理。热量MW2.2.2换热网络格子图图2装置全匹配换热网络夹点分析图网络格子图是对现有的换热网络进行诊断的工具,根据换热网络格子图可以确定以下几点:①是否有穿越夹点换热的换热器;②夹点上方是否有200冷却器;③夹点下方是否有加热器。如果出现以上150情况,就可以推断该换热系统的用能结构不合理,需加以改进。由图4可知204060801001201401601)换热网络中夹点之上设置冷却器,违背夹热量MW点设计规则;换热网络中的蒸汽加热器均位于夹点图3装置全匹配换热网络夹点分析总组合曲线之上,不存在夹点之下设置加热器的问题石油石化节能与减排☆2014年第4卷第3期☆2)换热网络中有2对冷热物流跨夹点传热,3)装置内部的热联合利用较少,多数需要冷其中Ho1-C01属于部分跨夹点传热,而H08-C09却或加热的工艺物流采用公用工程冷却或加热,能属于完全跨夹点传热。量未能得到合理的综合利用。112℃HOICH04HO8H10H12HIaH16CHI7H18H20C02C03H①HCllC12C16HHHHH图4环氧乙烷/乙二醇装置换热网络格子图(优化前)2、3调优策略负荷3.49MW,同时可以减少循环水水冷器负荷1)合理匹配换热网络。乙烯氧化反应的进976MW。对夹点之上设置冷却器的问题,H15比出料换热H01-C01传热温差过大,存在跨夹点较明显,而其他物流虽然违背夹点设计规则,但传热现象,且过大的传热温差导致换热过深,使由于其热负荷较小,在换热网络中无合适的匹富吸收液进入汽提塔的温度受限。若利用贫吸收配,回收利用价值低。液H06对反应器进料进行预热后再与反应器出料2)增大换热面积,提高热回收。通过查阅设进行换热,可有效的改善由于换热过深而导致汽计资料,将实际工况与设计资料对比发现富碳酸盐提塔进料温度偏低的情况。调整后汽提塔进料温溶液进再生塔的温度低于设计值,通过计算发现度由95℃提升至98℃,可以减少汽提塔再沸器由于贫/富碳酸盐溶液换热器E117换热面积不足所张继东等.环氧乙烷乙二醇工艺换热网络优化石油石化节能与减桃致,增加贫信富碳酸盐溶液的换热面积可将进料温度3)低温热回收利用。优化调整换热网络,尽由92℃提升至设计值103℃,减少再生塔再沸器量回收系统内的低温热。优化后换热网络格子图如负荷232MW。图5H06ccccccH12H13H14H16H17H18H19H20HHHHCIC13C14C15C16C17乙二醇进料汽提塔进料C18C19干燥塔进料图5环氧乙烷乙二醇装置换热网络格子图(优化后)优化回收系统内的低温热,新增乙二醇进料气收装置内的低温热,充分的利用好这部分能量将大体塔进料换热器、干燥塔进料换热器。通过低温热大降低装置公用工程的消耗量。的回收利用可同时减少冷、热公用工程量436MW。然而,从图5可以看出,优化后的换热网络中3结论仍然存在大量的低温热通过冷公用工程直接冷却1)通过夹点分析,发现装置内部分换热物流而未能回收利用,其主要原因是由于其温位较低,匹配不合理,装置内大量的低温热回收利用不充利用相对困难。对于该状况可采用高效的能量转换分,是导致装置能耗高的主要原因。装置如热泵、吸收式制冷等装置。如能有效的回2)优化换热网络匹配,调整氧化反应器进料换石油石化节能与减排。☆2014年第4卷第3期☆热流程可节省加热负荷349MW、冷却负荷976MW。参考文献3)增加贫/富碳酸盐溶液换热器的换热面积,[]阃威,迟洪泉.环氧乙烷市场分析及预测J中国石油和提高热回收量,可减少再生塔加热负荷232MW。化工经济分析,2012,(08):61-634)新增2台换热器回收系统的低温热,可同2]Kemp,LC.能量的有效利用—夹点分析与过程集成M时减少冷、热负荷4.36MW。项曙光,贾小平,夏力,译.北京:化学工业出版社5)对系统内温位较低的低温热,可利用热(3]姚平经.全过程系统能量优化综合M大连:大连理工大泵或吸收式制冷等高效能量转换装置进一步回收学出版社,1995利用4]杜建军,梁云峰,樊希山.环氧乙烷/乙二醇生产装置用能分析与调优J现代化工,2003,23(11):43-46.Optimization 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 scheme isproposed and the simulation results show that the scheme can save hot utility requirement 10 17MW and cold utilityrequirement 14. 12MWKey words: EO/EG: pnch analysis; heat exchanger networks; energy-saving简讯生产生物乙烯的新工艺据美国《世界炼油商务文摘周刊》报道,法国道达尔石化与法国石油研究院新能源公司( IFPEN)对半合资成立的Aol公司已经开发出用乙醇生产乙烯的新工艺。Atol公司宣布,新工艺将由法国石油研究院(IFP)的分支机构 Axens公司对外技术转让。用乙醇生产生物乙烯,再用生物乙烯生产聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯和其它乙烯衍生物。道达尔负责炼油和石油化工业务的副总裁称,与声誉好的研发机构 IFPEN和技术转让商 Axens公司合作,为这项创新工艺走向市场很快业应用创造了有利的条件。石华信摘译