催化裂化烟气脱硫项目5 - 节能优化与换热网络.docVIP

年产20万吨硫磺联产7000万立方米氢气酸性气体脱硫与资源化装置 节能优化与换热网络

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目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章概述 1

第二章换热流股和公用工程的确定 2

第三章确定能量目标 3

第四章换热网络的设计与优化 5

第五章热泵精馏节能分析效果 8

5.1热泵精馏节能原理 8

5.2热泵精馏节能效果分析 9

第六章总结与分析 11

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第一章概述

本项目为天津石化脱硫设备的改进，运行成本是其中一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。

本项目采用克劳斯配合硫碘循环脱硫工艺，该工艺由酸性气体吸收解吸工段，硫碘循环制氢工段和克劳斯硫磺回收工段共三个工段组成。

从整个工艺流程来看，本项目需要较大量的公用工程，包括冷却水、-5℃的制冷系统（冷冻盐水）两个等级，而热公用工程主要用于流股的预热及塔釜的再沸器加热等过程，所使用的热公用工程为0.5MPa、150℃的低压蒸汽、1.0MPa、180℃的低压蒸汽、3.5MPa、242℃的高压蒸汽。

所用公用工程来源均来自天津石化的资料和数据分析。冷公用工程使用本项目厂区内的循环水站及冷冻站产生，热公用工程使用本项目厂区内其他工段的沸程壳水的换热产生。

为了充分集成过程中的热量，本项目采用了闭式热泵精馏在反应精馏设备上节省能量，同时设计全厂换热网络来提高能量集成的效果。

热泵精馏充分利用了温差小、跨夹点传热的精馏塔，通过改变蒸汽温位使原本不能换热的流股有换热的可能，从而提高了可回收能量的比率，实现了较大程度的节能。热泵精馏以工质的来源可分为两大类:一类是直接式热泵精馏,以塔中的物质为工质;另一类是间接式热泵精馏,以额外的循环物质(如制冷剂、水等)为工质。由于反应精馏塔温度较高，因此选择水作为循环介质，进行能量集成使用。热泵精馏的流程选择要密切结合具体条件(如当地的燃料价格,所利用余热的品位及数量,高品位能的用途等),以便充分发挥各热泵精馏流程的优势,取得最大的节能效果和经济效益。

第二章换热流股和公用工程的确定

之后开始过程流股的提取过程，其中注意的是需要将中间流股和塔设备的流股分来来看，其中排除的几个流股不输入，使得组合曲线便于分析。过程过程流股提取如下：

表2.1过程流股物流信息表

过程名称

进口温度/℃

出口温度/℃

热负荷/kW

31-13_To_31-15

80.9848

170

2694.412

31-16_To_31-17

170

130

1216.837

22-24_To_22-26

200.1992

76

96863.5

22-13_To_22-16

59.99998

176.0421

144301

30-7_To_30-8

247.7894

96

7664

31-10_To_31-11

159.9528

200

1292.574

STR-1_To_STR-2

242.6

241.6

43341

22-33_To_22-34

199

176

43926.4

20-1_To_20-2

20.5

136

743

30-9_To_30-9-1

252.6

160

3300

31-18_To_31-18-1

137

130

191.4

10-3_To_10-4

46.9

107

22880

10-6_To_10-8

122

43

25030

21-8_To_21-9

68

60

6992.51

表2.2塔设备物流信息表

过程名称

进口温度/℃

出口温度/℃

热负荷/kW

T0102-TOP

108.1

20.5

68670

T0102-BOTTOM

120.9

122

68350

T0202-TOP

187.1

186.2

76365

T0202-BOTTOM

198.3

200.2

37752

由于设计的脱硫系统资源化装置建立在天津石化，因此所需要的公用工程需要确定，根据调查，得到可以使用的公用工程情况如下：

表2.3公用工程物流信息表

过程名称

进口温度/℃

出口温度/℃

冷却水

32

42

中压蒸汽

180

179

高压蒸汽

242.6

241.6

低压蒸汽

151.9

150.9

冷冻盐水

-5

0

第三章确定能量目标

将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzerV8.8，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-温差关系曲线如图所示。

图3.1总费用与ΔTmin关系曲线

在图中选取总费用最小且变化趋势相对平稳部分的温度作为最小传热温差进行后续计算。分析此图可以看出，最高效的传热温差为8.5℃，但