石油石化節(jié)能與減4年第4卷第3期Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical Industry節(jié)能找術(shù)環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化張繼東,葉劍云2,李俊恒,王北星2(1中國石油大學(xué)(北京)理學(xué)院,北京102249;2中國石化集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心,北京10009摘要:基于某石化環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò),利用夾點(diǎn)分析技術(shù),發(fā)現(xiàn)用能不合理之處,針對用能不合理的情況,提出相應(yīng)的優(yōu)化方案,對方案節(jié)能量進(jìn)行模擬計(jì)算,優(yōu)化后可減少熱公用工程量1017MW、冷公用工程量1412MW關(guān)鍵詞:環(huán)氧乙烷乙二醇夾點(diǎn)分析換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能物M聚酯工業(yè)快速發(fā)展,我國環(huán)氧乙烷、乙二醇的程、乙二醇干燥和精制過程、環(huán)氧乙烷的汽提精制消費(fèi)量不斷增加。為了滿足市場需求,中國石化和過程以及CO2的脫除過程。乙二醇裝置能耗主要以中國石油等多家企業(yè)正在加速擴(kuò)建和新建大型環(huán)氧電和蒸汽的形式體現(xiàn)。乙烷生產(chǎn)裝置。預(yù)計(jì)2012-2015年我國環(huán)氧乙烷乙烯氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng),產(chǎn)生大量的反應(yīng)生產(chǎn)能力將增加150-270萬ta田。我國的環(huán)氧乙熱,因此裝置副產(chǎn)大量的蒸汽,供裝置內(nèi)部使用。烷/乙二醇裝置均采用上世紀(jì)80年代國外的專利技此外,環(huán)氧乙烷水合過程中為了保證乙二醇的收術(shù),技術(shù)水平相對落后,能耗較高。近年來,以夾率減少副產(chǎn)物的量,水合反應(yīng)需要在較高的水比點(diǎn)技術(shù)為代表的過程集成技術(shù),在石油、化工領(lǐng)(1:22-25)下進(jìn)行反應(yīng),導(dǎo)致后續(xù)過程的乙二醇域中的成功應(yīng)用證明,利用夾點(diǎn)技術(shù)對工業(yè)裝置的提純分離過程需消耗大量的蒸汽。另外在環(huán)氧乙烷換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行用能分析與調(diào)優(yōu),可取得良好的節(jié)能吸收與再吸收的過程中為了保證吸收效果,要求吸效果。收水必須處于較低的溫度,決定了吸收單元的來料本文針對環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置生產(chǎn)中的能量溫度較低,而水合過程的起始反應(yīng)溫度較高,需要利用問題,用夾點(diǎn)分析技術(shù)對裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的熱量對其進(jìn)行加熱升溫,同樣對于環(huán)氧乙烷分析,對其進(jìn)行系統(tǒng)的能量綜合,最終達(dá)到系統(tǒng)能精制過程需要在140℃條件下進(jìn)行分離,而產(chǎn)品量的綜合利用,實(shí)現(xiàn)裝置節(jié)能降耗的目的。環(huán)氧乙烷需控制在-15~-5℃條件下儲存,分離后需要消耗大量的冷卻負(fù)荷?？傊?雖然裝置自1環(huán)氧乙烷乙二醇裝置工藝特點(diǎn)產(chǎn)大量的蒸汽,而整個工藝流程各個單元對溫度目前我國環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置工藝技術(shù)均采要求的差異性較大,工藝從前到后需要經(jīng)過重復(fù)用SD、 Shell、UCC三家公司的專利技術(shù),工藝流的冷卻——升溫——冷卻過程,導(dǎo)致裝置整體的程和工藝技術(shù)基本相同,即以氧氣和乙烯為原料,能耗較高。在催化劑的作用下直接氧化生成環(huán)氧乙烷,環(huán)氧乙烷與水在一定的比例下進(jìn)行水合反應(yīng)生成乙二醇,2裝置用能分析與優(yōu)化后經(jīng)過蒸發(fā)、干燥、分餾等分離提純操作得到產(chǎn)品2.1基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)乙二醇及副產(chǎn)品。本文以某石化環(huán)氧乙烷/乙二醇裝環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝流程是一個大規(guī)模的復(fù)置實(shí)際生產(chǎn)流程為例,對其換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析與優(yōu)化,其流程示意見圖1。收稿日期:2013-09-24作者簡介:張繼東,中國石油大學(xué)(北京)化學(xué)工程專業(yè),碩士在裝置的能耗主要集中消耗在乙二醇的蒸發(fā)過讀,主要研究方向煉油化工企業(yè)節(jié)能優(yōu)化石油石化節(jié)能與減掛☆2014年第4卷第3期☆雜系統(tǒng),其工藝流程長、參與換熱的流股多。為了很小的流股不予選取,但參與換熱的隱含流股不能進(jìn)行夾點(diǎn)計(jì)算必須收集裝置系統(tǒng)換熱工藝物流的相遺漏,例如再沸器循環(huán)釜液。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況收關(guān)數(shù)據(jù),依照夾點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中冷熱物流的提取原集裝置冷熱物流數(shù)據(jù)如表1、表2(表中EO:環(huán)氧則,出于簡化考慮,對于一些雖參加換熱但熱負(fù)荷乙烷)。乙烯CO2放空乙烯氧化反應(yīng)和吸收環(huán)氧乙烷汽提和再吸收CO2脫除甲烷原料汽提塔產(chǎn)品環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷精制卡DEG乙二醇水合反應(yīng)及乙二醇干燥和精制多效蒸發(fā)多乙二醇分離圖1環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝流程示意表1環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝熱物流數(shù)據(jù)物流編號物流名稱初始溫度/C目標(biāo)溫度/c熱負(fù)荷MW反應(yīng)出料7595洗滌水貧碳酸鹽溶液38.38再生塔塔頂氣汽提塔塔頂氣貧吸收液H07回收氣0.82精制塔釜液28.56再吸收塔釜循環(huán)液HIOEO精制塔塔頂氣H11真空效塔頂氣3218H12H13干燥塔塔頂氣HI4MEG塔頂14121.15H15MEG產(chǎn)品HI6MEG分離塔塔頂H17DEG塔頂回流H18DEG產(chǎn)品031H19蒸汽凝液192H20脫鹽水張繼東等環(huán)氧乙烷/乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化石油石化節(jié)能與減排表2環(huán)氧乙烷乙二醇工藝熱物流數(shù)據(jù)物流編號物流名稱初始溫度℃目標(biāo)溫度rC熱負(fù)荷MVEO反應(yīng)進(jìn)料氣180攵液63.10富碳酸鹽溶液38.38再生塔再沸器11121.67先滌水50汽提塔再沸器11021.08精制塔再沸器精制塔側(cè)線再沸器54精制塔進(jìn)料6C10EG反應(yīng)器進(jìn)料45.57工藝循環(huán)水21.1C12效再沸器17617834.70干燥塔再沸器1551593MEG塔再沸器158分離塔再沸器158C16DEG塔再沸器190247C17TEG塔再沸器0.222.2用能分析根據(jù)系統(tǒng)總組合曲線圖3,結(jié)合實(shí)際冷熱物流2.2.1夾點(diǎn)計(jì)算分析情況可以看出:依據(jù)表1、表2列出的冷熱物流數(shù)據(jù),根據(jù)經(jīng)1)通過 Aspen Pinch軟件計(jì)算,在圖3可以得驗(yàn)以及現(xiàn)場的實(shí)際情況選取10℃作為換熱網(wǎng)絡(luò)的到虛擬夾點(diǎn)溫度為107℃,最小熱公用工程量Qn最小傳熱溫差,利用 Aspen Pinch軟件,做出換熱為1273MW、最小冷公用工程為量Qc1346MW。網(wǎng)絡(luò)畫出夾點(diǎn)分析見圖2,冷熱物流總組合曲線見2)夾點(diǎn)下方存在大量的低溫?zé)嵛茨芑厥绽?圖3。如再生塔塔頂氣出料溫度104℃負(fù)荷為2741MW全部通過空冷冷卻。不僅浪費(fèi)了這部分熱源同時(shí)加250大了公用工程的用量。3)系統(tǒng)中部分物流傳熱溫差過高,例如環(huán)氧乙烷反應(yīng)進(jìn)料與出料的匹配換熱,過高的傳熱溫差理100導(dǎo)致?lián)Q熱過深,進(jìn)而影響汽提塔進(jìn)料溫度。4)裝置內(nèi)的公用工程的溫位選擇基本合理,010020030040050加熱器和冷卻器的傳熱溫差基本合理。熱量MW2.2.2換熱網(wǎng)絡(luò)格子圖圖2裝置全匹配換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析圖網(wǎng)絡(luò)格子圖是對現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷的工具,根據(jù)換熱網(wǎng)絡(luò)格子圖可以確定以下幾點(diǎn):①是否有穿越夾點(diǎn)換熱的換熱器;②夾點(diǎn)上方是否有200冷卻器;③夾點(diǎn)下方是否有加熱器。如果出現(xiàn)以上150情況,就可以推斷該換熱系統(tǒng)的用能結(jié)構(gòu)不合理,需加以改進(jìn)。由圖4可知204060801001201401601)換熱網(wǎng)絡(luò)中夾點(diǎn)之上設(shè)置冷卻器,違背夾熱量MW點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則;換熱網(wǎng)絡(luò)中的蒸汽加熱器均位于夾點(diǎn)圖3裝置全匹配換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析總組合曲線之上,不存在夾點(diǎn)之下設(shè)置加熱器的問題石油石化節(jié)能與減排☆2014年第4卷第3期☆2)換熱網(wǎng)絡(luò)中有2對冷熱物流跨夾點(diǎn)傳熱,3)裝置內(nèi)部的熱聯(lián)合利用較少,多數(shù)需要冷其中Ho1-C01屬于部分跨夾點(diǎn)傳熱,而H08-C09卻或加熱的工藝物流采用公用工程冷卻或加熱,能屬于完全跨夾點(diǎn)傳熱。量未能得到合理的綜合利用。112℃HOICH04HO8H10H12HIaH16CHI7H18H20C02C03H①HCllC12C16HHHHH圖4環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置換熱網(wǎng)絡(luò)格子圖(優(yōu)化前)2、3調(diào)優(yōu)策略負(fù)荷3.49MW,同時(shí)可以減少循環(huán)水水冷器負(fù)荷1)合理匹配換熱網(wǎng)絡(luò)。乙烯氧化反應(yīng)的進(jìn)976MW。對夾點(diǎn)之上設(shè)置冷卻器的問題,H15比出料換熱H01-C01傳熱溫差過大,存在跨夾點(diǎn)較明顯,而其他物流雖然違背夾點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則,但傳熱現(xiàn)象,且過大的傳熱溫差導(dǎo)致?lián)Q熱過深,使由于其熱負(fù)荷較小,在換熱網(wǎng)絡(luò)中無合適的匹富吸收液進(jìn)入汽提塔的溫度受限。若利用貧吸收配,回收利用價(jià)值低。液H06對反應(yīng)器進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱后再與反應(yīng)器出料2)增大換熱面積,提高熱回收。通過查閱設(shè)進(jìn)行換熱,可有效的改善由于換熱過深而導(dǎo)致汽計(jì)資料,將實(shí)際工況與設(shè)計(jì)資料對比發(fā)現(xiàn)富碳酸鹽提塔進(jìn)料溫度偏低的情況。調(diào)整后汽提塔進(jìn)料溫溶液進(jìn)再生塔的溫度低于設(shè)計(jì)值,通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)度由95℃提升至98℃,可以減少汽提塔再沸器由于貧/富碳酸鹽溶液換熱器E117換熱面積不足所張繼東等.環(huán)氧乙烷乙二醇工藝換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化石油石化節(jié)能與減桃致,增加貧信富碳酸鹽溶液的換熱面積可將進(jìn)料溫度3)低溫?zé)峄厥绽?。?yōu)化調(diào)整換熱網(wǎng)絡(luò),盡由92℃提升至設(shè)計(jì)值103℃,減少再生塔再沸器量回收系統(tǒng)內(nèi)的低溫?zé)?。?yōu)化后換熱網(wǎng)絡(luò)格子圖如負(fù)荷232MW。圖5H06ccccccH12H13H14H16H17H18H19H20HHHHCIC13C14C15C16C17乙二醇進(jìn)料汽提塔進(jìn)料C18C19干燥塔進(jìn)料圖5環(huán)氧乙烷乙二醇裝置換熱網(wǎng)絡(luò)格子圖(優(yōu)化后)優(yōu)化回收系統(tǒng)內(nèi)的低溫?zé)?新增乙二醇進(jìn)料氣收裝置內(nèi)的低溫?zé)?充分的利用好這部分能量將大體塔進(jìn)料換熱器、干燥塔進(jìn)料換熱器。通過低溫?zé)岽蠼档脱b置公用工程的消耗量。的回收利用可同時(shí)減少冷、熱公用工程量436MW。然而,從圖5可以看出,優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)中3結(jié)論仍然存在大量的低溫?zé)嵬ㄟ^冷公用工程直接冷卻1)通過夾點(diǎn)分析,發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部分換熱物流而未能回收利用,其主要原因是由于其溫位較低,匹配不合理,裝置內(nèi)大量的低溫?zé)峄厥绽貌怀淅孟鄬щy。對于該狀況可采用高效的能量轉(zhuǎn)換分,是導(dǎo)致裝置能耗高的主要原因。裝置如熱泵、吸收式制冷等裝置。如能有效的回2)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)匹配,調(diào)整氧化反應(yīng)器進(jìn)料換石油石化節(jié)能與減排?！?014年第4卷第3期☆熱流程可節(jié)省加熱負(fù)荷349MW、冷卻負(fù)荷976MW。參考文獻(xiàn)3)增加貧/富碳酸鹽溶液換熱器的換熱面積,[]閫威,遲洪泉.環(huán)氧乙烷市場分析及預(yù)測J中國石油和提高熱回收量,可減少再生塔加熱負(fù)荷232MW?；そ?jīng)濟(jì)分析,2012,(08):61-634)新增2臺換熱器回收系統(tǒng)的低溫?zé)?可同2]Kemp,LC.能量的有效利用—夾點(diǎn)分析與過程集成M時(shí)減少冷、熱負(fù)荷4.36MW。項(xiàng)曙光,賈小平,夏力,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社5)對系統(tǒng)內(nèi)溫位較低的低溫?zé)?可利用熱(3]姚平經(jīng).全過程系統(tǒng)能量優(yōu)化綜合M大連:大連理工大泵或吸收式制冷等高效能量轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)一步回收學(xué)出版社,1995利用4]杜建軍,梁云峰,樊希山.環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)裝置用能分析與調(diào)優(yōu)J現(xiàn)代化工,2003,23(11):43-46.Optimization of Heater Exchanger Network in EO/EG ProcessZhang Jidong, Ye Jianyun, Li Junheng, Wang Beixing(1. China University of Petroleum( Beijing ), Bejing 102249, China; 2. Sinopec Group economicsDevelopment Research Institute, Beijing 100029, China)Abstract: The pinch analysis is used to identify energy bottleneck in the present heat exchanger networkof an EO/EG unit. To tackle the energy bottleneck in the heat exchanger network, the optimization scheme isproposed and the simulation results show that the scheme can save hot utility requirement 10 17MW and cold utilityrequirement 14. 12MWKey words: EO/EG: pnch analysis; heat exchanger networks; energy-saving簡訊生產(chǎn)生物乙烯的新工藝據(jù)美國《世界煉油商務(wù)文摘周刊》報(bào)道,法國道達(dá)爾石化與法國石油研究院新能源公司( IFPEN)對半合資成立的Aol公司已經(jīng)開發(fā)出用乙醇生產(chǎn)乙烯的新工藝。Atol公司宣布,新工藝將由法國石油研究院(IFP)的分支機(jī)構(gòu) Axens公司對外技術(shù)轉(zhuǎn)讓。用乙醇生產(chǎn)生物乙烯,再用生物乙烯生產(chǎn)聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯和其它乙烯衍生物。道達(dá)爾負(fù)責(zé)煉油和石油化工業(yè)務(wù)的副總裁稱,與聲譽(yù)好的研發(fā)機(jī)構(gòu) IFPEN和技術(shù)轉(zhuǎn)讓商 Axens公司合作,為這項(xiàng)創(chuàng)新工藝走向市場很快業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。石華信摘譯