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年产20万吨醋酸乙烯酯项目——能量集成及换热网络设计

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南昌大学烯贝特利

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年产20万吨醋酸乙烯酯项目

能量集成及换热网络设计

南昌大学烯贝特利

闫立蓉张曼马健凇杨晓宇姜畅

目录

TOC\o1-3\h\z\u1概述 1

2原始工艺流股提取 2

3原始工艺流股的能耗分析 3

4换热网络的设计 6

4.1换热网络的优化 6

4.2优化前后换热网络对比： 7

4.3优化后的曲线图 8

4.4优化后所需公用工程的能量 9

4.5优化后公用工程使用情况 10

5总结 11

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1概述

本项目是江苏钟山化工有限公司分公司生产醋酸乙烯酯项目。该项目采用乙烯气相法生成醋酸乙烯酯路线，利用乙烯与氧气、醋酸在温度为140℃，压力为10bar条件下反应生成醋酸乙烯酯，然后将所生成产物醋酸乙烯酯进行分离提纯至质量分率为99.70%，以达到市场一等品要求。运行操作成本是一个重要评价参数。原料的预热、产物的精馏等都是非常耗能的过程，会消耗大量的公用工程。

本项目工艺由醋酸乙烯酯的合成、醋酸乙烯酯的粗制、醋酸乙烯酯的精制共三个工段组成。流程中冷热物流均比较多，潜在的热量可供回收，通过对换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利用，以减少公用工程的消耗，降低能耗。为此，我们运用AspenEnergyAnalyzerV9软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。

通过对本项目工艺流股温位和换热要求的分析，为了尽可能降低系统能耗费用以及母厂可供公用工程的来源，本换热网络需要的冷公用工程包括循环冷却水、冷冻水、和液氮，热公用工程包括为125℃的低压蒸汽和250℃的高压蒸汽，均可由厂区公用工程站和冷冻站提供，形成与母厂的公用工程集成。

通过对系统工艺流股的能耗分析，为了尽可能地利用组合曲线平台区潜热，通过流股间换热，进一步进行了换热网络的集成和优化，可以节约能量约223703KW，占比5.5807%。

2原始工艺流股提取

根据所设计的工艺流程的Aspen模拟结果，由AspenEnergyAnalyzerV9分析后提取的流股如下表1和表2所示（物流编号及设备标号参照[1-原始工艺流股（全流股模拟）.bkp]）。因为该反应为强放热反应，故在模拟反应器时分段模拟，实际生产过程中只有两台反应器，因此，表中并不包含反应器R10101-R10108所需的换热要求，其解决方案在下节工艺流股能耗分析中进一步说明。

表2-1工艺过程物流信息表

物流编号

加热器名称

进口温度（℃）

出口温度（℃）

热负荷(cal/s)

V10101OU_To_E10101OU

E10101

-2.2

120

1.52E+06

V10109OU_To_E10102OU

E10102

67.9

122.9

1.55E+06

C10101OU_To_E10103OU

E10103

280.8

140

2.83E+06

C10102OU_To_E10105OU

E10104

171.2

48.8

4.56E+06

C10102OU_To_E10105OU

E10105

48.8

10

1.05E+06

F10201GA_To_E10201OU

E10201

10

-10

2.16E+05

T10201D_To_E10202OU

E10202

-93.1

20

7.48E+05

DEC2_To_E10301OU

E10301

-118.7

40

9.31E+05

表2-2塔设备物流信息表

塔位号

换热器类型

进口温度（℃）

出口温度（℃）

热负荷(cal/s)

T10201

Condenser

32.3

-93.1

5.60E+06

Reboiler

109.9

112.4

1.20E+07

T10202

Condenser

100.2

100.16

100.8

Reboiler

122.2

123

5.34E+06

T10302

Condenser

53

-120.3

4.16E+06

Reboiler

72.8

72.9

2.99E+06

T10303

Condenser

37.6

-118.7

3.31E+06

Reboiler

72.7

75.8

3.76E+06

T10304

Condenser

37.7

28.4

3.35E+05

Reboiler

57.1

57.6

2.78E+05

3原始工艺流股的能耗分析

在AspenEne