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醋酸甲酯羰基化年产5万吨醋酸乙烯生产项目换热网络设计.docxVIP

醋酸甲酯羰基化年产5万吨醋酸乙烯生产项目换热网络设计.docx

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1概述

本项目是中国平煤神马集团京宝焦化的一个醋酸合成气利用的子项目。该项目采用醋酸甲醇糖基化裂解路线,经过减压精馏等新型精馏装置精制醋酸乙烯,得到生产6.5万吨/年的纯度为99.9%的醋酸乙烯。整个工艺的反应、精馏等工程都是非常耗能的过程,会消耗大量的公用工程。

本项目由醋酸甲醇的酯化、醋酸乙烯的合成以及醋酸乙烯的精制三个工段组成。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AspenEnergyAnalyzerV8.8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、空气和冷冻剂,热公用工程包括为125℃的低压蒸汽、175℃的中压蒸汽、250℃的高压蒸汽和400℃的热油,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,在工艺流程中采用了热泵技术,并进一步进行了换热网络的集成和优化,可以回收热量12361.1kW。

2原始工艺流股能耗分析

图1总费用-最小传热温差关系曲线图(不含节能措施)

由图1可以看出,传热温差为7℃时总费用最小,因此选取最小传热温差为7℃。在此最小传热温差下的过程组合曲线见图2,总组合曲线如图3所示。

图2过程组合曲线图(不含节能技术)

图3优化前的总组合曲线图(不含节能技术)

图2所示的组合曲线表明工艺流股中所有热流股和冷流股的换热量及温位要求。本系统中的反应器R0202、R0203有换热要求,可以选用公用工程和换热流股来实现。EDA裂解反应器R0202反应温度在130-160℃,由图3总组合曲线可知,此热流股有可以交换热的流股,减少热公用工程用量。

3工艺流股的改进

对最小传热温差进行经济评估,得到新的总费用-最小传热温差关系曲线,见图4。

图4总费用-最小传热温差关系曲线图(含节能技术)

可以看出,随着最小传热温差的增大,总费用先减小后增大。选择总费用最小时的最小传热温差:7℃。

将最小传热温差设为7℃,可以得到热集成过程的能量目标:

图5过程的能量目标

由上图可以看出,

理论上最少需要热公用工程能量为:2.724×107kJ/h=7566.7kW

理论上最少需要冷公用工程能量为:5.484×107kJ/h=15233.3kW

夹点温度为:热流股26℃;冷流股19℃

得到优化后的过程组合曲线图及总组合曲线图:

图6过程组合曲线图(含节能技术)

图7总组合曲线图(含节能技术)

通过对组合曲线进行分析,可以得出流程内部换热后,需要达到的最高温度在240℃,由保持反应器温度的热公用工程热油进行加热,其他使用蒸汽进行加热,同时为了节约成本,应该使用多种品味蒸汽以降低高品位蒸汽消耗,因此我们热公用工程采用400℃的热油、125℃的低压蒸汽、175℃的中压蒸汽和250℃的高压蒸汽。

需要达到的最低温度为-19℃,因此需要采用低温冷冻剂,其他使用循环冷却水及空气冷却即可。

6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。在AspenEnergyAnalyzerV8.8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8所示:

图8设计方案图

分析比较10种Design的TotalCost,综合考虑所需费用以及换热面积,选用Design1进行后续的优化过程。

未优化前的换热网络:

图9未优化前的换热网络

按照最小换热器台数原则,还可以去若干台换热器。当用多种公用工程换热时,可适当减少操作费,但会增加换热器数目和设备费。比如在使用冷却水和制冷剂冷却时,如果冷却水冷却的负荷较小,则可直接使用制冷剂,而不使用两种公用工程,以节省设备费。

经过以上调整,将换热网络优化为:

图10优化后的换热网络图

优化后的换热网络所需要的换热器数目为29台,包括4台热量回收利用换热器(E0201,E0202,E0203,E0204),可回收热量12361.1kW。

7热泵技术分析

在无热泵技术的情况下时,组合曲线如图12所示。

图11组合曲线(不含节能措施)

由图可以看出,在45℃左右存在平台区且热量较大,经分析可知,该平台处有一部分为醋酸乙烯精制精馏塔(T0305),塔顶塔底温差为55.5℃,且存在较大的相变热,可以采用热泵技

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