全国化工大赛-恒逸石化杯-扬子石化年产40万吨醋酸乙烯项目10-节能技术说明书.doc

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2019年“东华科技-

2019年“东华科技-恒逸石化杯”

第十三届全国大学生化工设计竞赛

武汉科技大学酯有香如故队

武汉科技大学酯有香如故队

扬子石化年产

扬子石化年产40万吨醋酸乙烯项目

节能技术应用说明书

节能技术应用说明书

指导老师：雷杨

指导老师：雷杨

团队成员：肖文、李豪、唐欣伟、王维珊、陈宇

目录

TOC\o1-3\h\z\u换热网络设计及热泵节能技术应用说明书 1

一、 概述 1

二、 塔能耗分析 2

三、 热泵精馏分析 3

四、 塔间热集成分析 5

五、 总结 8

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热泵节能技术应用说明书

1、概述

本项目为扬子石化年产40万吨醋酸乙烯，用乙烯、乙酸、氧气通过一系列的预处理、反应、分离、提纯得到主要产品醋酸乙烯、副产品二氧化碳及乙醛。在整个生产过程中，运行操作成本是一个重要评价参数。原料的预热、冷却、精馏等都是非常耗能的过程，会消耗大量的公用工程。

本项目采用气相乙烯法直接在9MPa、152℃的流化环境下制备醋酸乙烯工艺。该工艺由原料预处理、醋酸乙烯合成与吸收、二氧化碳吸收、醋酸乙烯提纯等四个工段组成。流程中精馏塔数量较多，精馏又是能耗极高的单元操作，而传统的精馏方式热力学效率很低，能量浪费很大。如何降低精馏塔的能耗，充分利用低温热源，已成为人们普遍关注的问题。

在精馏塔节能技术中，其中热泵精馏和塔间换热效果明显且经济效益较优，本项目选取适合的精馏塔进行两种节能方案的设计。

热泵精馏是把精馏塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。热泵可认为是热机的逆过程。热机从高温位热源吸收热能，用于对外做功和传给低温位热源。热泵需要提供外界功或者驱动能，用于将低温位热源的热能移取并提高其温位。当塔顶与塔底的温差相差不大时，可考虑热泵精馏实现热集成。热泵精馏充分利用了温差小、跨夹点传热的特点，通过改变精馏塔塔顶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。

塔间热集成是利用两塔之间冷热工艺物流交换，以实现能量匹配利用，同时减少冷热公用工程的消耗量。

为了充分利用过程中的能量，本项目在醋酸乙烯提纯工段中，对精馏塔T0602采用了热泵精馏技术对工艺流程进行了优化。对精馏塔T0501和T0601采用塔间热集成技术对工艺流程进行优化。

2、塔能耗分析

先将系统中精馏塔的冷凝器和再沸器符合从aspen中调出汇集，包括冷凝器、再沸器的负荷和温度。其具体信息见表2-1。

表2-1精馏塔能耗表

塔

冷负荷

（Gcal/h）

冷温

（℃）

热负荷

（Gcal/h）

热温

（℃）

T0101

0.00

124.82

15.74

135.26

T0402

4.42

104.02

9.04

168.09

T0501

122.21

100.38

148.82

137.87

T0502

15.04

88.95

19.34

120.65

T0601

1.68

53.79

19.19

71.10

T0602

19.68

59.91

20.47

75.03

T0701

1.87

20.62

1.11

61.35

T0801

130.96

72.28

126.08

115.58

由表可知，塔T0602温差较小且冷热负荷大小适中，比较适合对其使用热泵精馏技术。

热泵精馏技术使用条件如下：塔顶和塔底温差较小，因为压缩机的功耗主要取决于温差，温差越大，压缩机的功耗越大。据国外文献报导，只要塔顶和塔底温差小于36℃，就可以获得较好的经济效果。沸点相近组分的分离，按常规方法，蒸馏塔需要较多的塔盘及较大的回流比，才能得到合格的产品，而且加热用的蒸汽或冷却用的循环水都比较多。若采用热泵技术一般可取得较明显的经济效益。工厂蒸汽供应不足或价格偏高,有必要减少蒸汽用量或取消再沸器时。冷却水不足或者冷却水温偏高、价格偏贵，需要采用制冷技术或其他方法解决冷却问题时。一般蒸馏塔塔顶温度在38～138℃之间,如果用热泵流程对缩短投资回收期有利就可以采用，但是如果有较便宜的低压蒸汽和冷却介质来源，用热泵流程就不一定有利。蒸馏塔底再沸器温度在300℃以上，采用热泵流程往往是不合适的。塔T0602符合上述条件，可用。

塔T0501的塔顶冷凝器具有较高的温度和热负荷，可与塔T0601的再沸器进行热集成。

3、热泵精馏分析

由醋酸乙烯提纯工段中的精馏塔T0602的塔顶与塔底的温差相差不大的条件，可考虑用热泵精馏实现热集成。

我们设计了热泵精馏的方式来进行有效