安庆石化年处理7万吨炼油厂含硫废气项目5-能量回收的换热网络设计.docxVIP

安庆石化年处理7万吨炼油厂含硫废气项目-能量回收的换热网络设计

RS战队

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安庆石化年处理7万吨炼油厂含硫废气项目

能量回收的换热网络设计

安徽职业技术学院

安徽职业技术学院·RS战队

罗乐帖志鹏韩淑英刘洋陈鹏

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PAGE2RS战队

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概述

我国国民经济正处于一个高速发展的时期，这就不可避免地出现能源消耗的大幅度上升。当前我国的能源消费量已超过世界能源消费总量的10%，但是我国的人均能源消费量仅约为世界平均水平的50%，这种情况表明未来我国经济发展所面临的能源问题将更加突出、更加严峻。为了保证国民经济持续、快速、健康地发展，必须合理、有效地利用能源，不断提高能源利用效率。

换热是化工生产过程中不可缺少的一部分。在所有的工艺流程中，都有一些物流加热，一些物流被冷却。换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求，而且是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。换热网络的消耗代价来自三个方面：换热单元数、传热面积、公用工程消耗。换热网络合成追求的目标，是使这三方面的消耗都为最小值。

目前，换热网络合成主要有三种方法：试探法、夹点技术、数学规划法。其中，夹点技术以其使用简单、直观和灵活的优点被广泛的使用。

采用夹点技术进行换热网络的设计时，一般是先找出最小公用工程消耗，即先设计能量最优的换热网络，然后再采取一定的方法，减少换热单元数，从能量和设备数上对换热网络进行调优。同时换热网络的设计还需要考虑到设备布置，不同车间之间物流换热的代价，物流是否具有腐蚀性还有对换热材料的要求等。因此在具体设计换热网络时候，可以从两方面出发：一是物流信息的确定，求出整个系统的所有涉及到加热冷凝的物流信息；二是考虑到具体物流的热集成能力以及其他性质情况（包括位置等因素），在满足换热匹配的要求上进行换热设计。

根据车间布置，将本项目分为含硫废气吸收工段、WAS制酸工段两个工段。本项目的换热网络是基于全厂各个工段进行匹配的。

工艺流股提取

过程流股的提取如下：

表2-1工艺过程物流信息表

过程流股

加热器名称

进口温度/℃

出口温度/℃

能量/kW

1TO2

E-101

25

45

1223.23400

4TO5

E-102

105

45

-3260.15915

12T013

E-103

600

450

-12663.40665

15TO16

E-104

450

210

-3268.96834

表2-2塔设备物流信息表

塔名称

加热器位置

进口温度/℃

出口温度/℃

能量/kW

T0101

TOP

25

45

38164.75074

T0101

BOTTOM

25

45

38164.75074

T0102

TOP

45

120

33940.0477

T0102

BOTTOM

45

116

32307.7743

确定能量目标

将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzerV8.6，在能量分析器中，对最小传热温差进行经济评估，获得总费用-最小传热温差关系曲线如图3-1示。

图3-1总费用与ΔTmin关系曲线（不含热泵精馏）

选择最小传热温差为13℃，得到组合曲线如图3-2所示。

图3-2组合曲线（不含热泵精馏）

换热网络设计

换热网络的设计，自由度较大，所获得的方案数目众多，但是合理的换热网络需要经过筛选与优化。在设计换热网络时，需要考虑工艺流股换热的可能性，最好还要将设备费用等因素也考虑进去，以便获得最为合理的换热网络。为简化换热网络，将从flowsheet中得到的流股分流设置为1。在AspenEnergyAnalyzerV8.6给出的design中选取其中最为经济且换热面积较小的设计方案进行后续优化过程。设计方案如图4-1所示：

图4-2优化后的设计方案

优化后的换热网络所需换热器数目为4台，包含2个流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构更为精简，可回收热量401MW，回收能量达47.89%。

表4-1公用工程信息表

经过优化后，节能401MW。共需要冷公用工程416MW，热公用工程398MW。所使用的冷公用工程为：循环冷却水、冷冻剂；所使用的热公用工程为：1.0MPa、380℃的蒸汽和0.5MPa、300℃的蒸汽。公用工程均可由化工园区提供。

总结

本项目使用了热集成节能技术，运用了AspenEnergyAnalyzerV8.6软件，实现了较大能量回用的换热网络设计。节约了大量能量。