南京扬子石化15万吨年乙烯法制醋酸乙烯项目换热网络择优选取及优化过程.docxVIP

6.1概述

在大型过程系统中，存在大量需要换热的流股，一些物流需要被加热，一些物流需要被被冷却。大型过程系统可以提供的外部公用工程种类繁多，如不同压力等级的蒸汽，不同温度的冷冻剂、冷却水等。为提高能量利用率，节约资源与能源，就要优先考虑系统中各流股之间的换热、各流股与不同公用工程种类的搭配，以实现最大限度的热量回收，尽可能提高工艺过程的热力学效率。

热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，使得基于热集成网络运行费用与换热设备投资费用的系统总费用最小。

Aspen能量分析器软件采用过程系统最优化的方法进行过程热集成的设计，其核心是夹点技术。它主要是对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热物流之间的恰当匹配、冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中的一些设备如分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡；最终的优化目标是总年度运行费用与设备投资费用之和（总年度费用目标）最小，同时兼顾过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境的影响等非定量的过程目标。因此，夹点技术不仅可以用于热回收换热网络的优化集成，而且可用于合理设置热机和热泵、确定公用工程的等级和用量，去除“瓶颈”、提高生产能力，分离设备的集成，减少生产用水消耗，减少废气污染排放等。

在此基础上，利用AspenEnergyAnalyzer设计换热网络，具体步骤如下：

确定流程中需要换热的冷流股和热流股；

利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图（GCC）；

确定最小传热温差；

找出夹点及最小冷、热公用工程用量；

构建优化换热网络。

6.2工艺流股的提取

过程流股的提取如下：

流股名称

进口温度/℃

出口温度/℃

热负荷/kW

S305_To_S307

95.97

70.00

8.363E+05

V101V_To_C01OUT

144.85

144.80

3.315E+07

T402W_To_EX1O

101.46

40.00

2.038E+06

E401_Feed_To_403

68.43

62.01

6.004E+07

207_To_208

253.36

20.00

7.400E+04

202_To_203

39.02

20.00

2.615E+06

S303A_To_E303O

100.03

40.00

3.905E+06

B3V_To_COLOUT

69.75

61.88

5.235E+07

101_To_01

46.10

120.00

3.355E+07

405B_To_409

20.00

66.55

1.672E+06

04_To_103

118.80

150.00

1.045E+07

105_To_106

156.17

20.00

6.119E+07

AD_To_E302O

70.47

25.00

4.302E+05

CL401A_To_CL401B

123.41

20.00

1.057E+07

P405OUT_To_406

122.12

122.97

6.941E+07

ToReboiler@T302_TO_S303B

102.01

102.36

4.977E+06

ToCondenser@T4_TO_T4D

38.05

28.09

1.602E+06

ToReboiler@T202_TO_212B

87.46

94.51

1.623E+07

ToReboiler@T4_TO_T4W

82.51

83.21

1.814E+06

ToReboiler@T402_TO_T402W

101.23

101.46

2.775E+06

ToReboiler@T5_TO_T5W

59.70

60.46

4.713E+04

ToCondenser@T5_TO_T5D

21.21

20.97

4.674E+04

ToReboiler@T403D_TO_B4OUT

89.63

102.55

6.218E+07

R101_heat

144.85

154.21

3.315E+07

由于R101_heat反应器外已经模拟使用饱和水汽化带走热量，故反应器热应删去，V101V_To_C01OUT已经将这部分热量移走。

6.3换热网络的集成

我们将所提取的工艺流股输入Aspenenergyanalyzer中，并对最小传热温差进行经济评估，获得总费用与最小传热温差的关系曲线，如图6-1所示：

图6-1总费用——最小传热温差关系曲线图

从图6-1—总费用与最小传热温差关系曲线图中，对图中数据进行分析，当传热温差于7-10℃总