6-3附录三 换热网络设计

换热网络设计陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司15万吨/年醋酸乙烯项目 换热网络设计目录1 概述22 确定流股信息22.1 工艺物流信息22.2 公用工程规格32.3 确定能量目标43 换热网络方案63.1 初始设计方案63.2 优化方案的确定63.3 优化方案的分析74 换热网络在工艺流程中的应用84.1 工艺流股间的换热84.2 闭式热泵循环81 概述本项目是陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司15万吨/年醋酸乙烯项目。在整个流程中，原料的预热、共沸精馏、精馏等都是非常耗能的过程，会消耗大量的公用工程。换热网络是化工工业过程能量回收的重要手段，对化工生产降低能耗有着重要的意义。合理的利用热物流去加热冷物流，减少公用工程辅助加热和冷却负荷，可以能提高整个过程系统的能量利用率和经济性。本项目中需要的热公用工程有中压蒸汽、低压蒸汽，需要的冷公用工程有循环冷却水和冷冻盐水，均可由总厂和工业园区获得。以夹点技术为基础，利用Aspen Energy Analyzer 进行换热网络设计优化，通过调节流股之间的热交换，减少公用工程用量，合理优化并确定出具有最小总费用，即设备费和操作费最小，且满足把每个过程物流由初温达到规定目标温度的换热网络。2 确定流股信息2.1 工艺物流信息利用Aspen Energy Analyzer 软件自动导入Aspen Plus 中模拟的总流程信息，并适当修改和补充部分物流信息，如表2-1所示。表2-1 流股信息提取表NameInletT ()OutletT ()Enthalpy（KJ/h）说明140_To_142141.630.01888874HAC冷却器131_To_132108.170.022563235VAC精制塔进料冷却器157_To_158104.850.01542079吸收剂冷却器156_To_159100.750.02083941乙醛萃取塔循环水冷却器144_To_11096.8136.424162929醋酸蒸发器127_To_12820.015.0173751萃取塔进料冷却器To CondenserJIESHUIX_TO_DH2ODuplicate96.460.013407939脱水塔冷凝器To ReboilerB3_TO_157Duplicate102.9104.81029936二氧化碳解吸塔再沸器To ReboilerVACJL_TO_BOTHAC141.4141.639590191醋酸乙烯精制塔再沸器To CondenserJINGHAC_TO_DHAC116.9115.620859483醋酸精制塔冷凝器To ReboilerB38_TO_156Duplicate100.5100.73555017乙醛蒸出塔再沸器To ReboilerJIESHUIX_TO_BHAC1115.6118.113080033脱水塔再沸器To CondenserVACJL_TO_15285.985.131549394醋酸乙烯精制塔冷凝器To CondenserTCH3CHO_TO_1265.620.015918100脱乙醛塔冷凝器To ReboilerTCH3CHO_TO_131Duplicate98.3108.139454402脱乙醛塔再沸器To ReboilerJINGHAC_TO_BHAC117.7117.818540228醋酸精制塔再沸器To CondenserB7_TO_18100.772.02470000二氧化碳解吸塔冷凝器To ReboilerB7_TO_124116.3118.22470356二氧化碳解吸塔再沸器17_To_11960.040.088378水洗塔循环水冷却器171_To_17258.620.033160共沸剂冷却器To CondenserB44_TO_17994.550.02000000合成醋酸精制塔冷凝器To ReboilerB44_TO_181119.5120.32367734合成醋酸精制塔再沸器120_To_121205.910.065380000反应气冷凝器14_To_166101.3180.026240000反应气预热器2.2 公用工程规格公用工程循环冷却水入水温度为20，回水温度30；冷冻水进水温度3，回水温度15；加热蒸汽选0.23Mpa低压蒸汽，0.88Mpa中压蒸汽和2.5MPa高压蒸汽。表2-2 公用工程信息表NameInletT () OutletT()AIR3035COOLINGW315LENG22030RE1125124RE2175174RE32502492.3 确定能量目标将上述工艺流股信息输入到Aspen Energy Analyzer V10，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-最小传热温差关系曲线如图2-1所示。图2-1 总费用与Tmin关系曲线图2-2 最小传热温差与装置成本、能耗成本的关系由图2-2可知，最小传热温差为7时，总费用最小。选择最小传热温差为7，加入热泵技术后得到组合曲线如图1-3所示图2-3 组合曲线3 换热网络方案3.1 初始设计方案换热网络的设计，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。初始的设计方案如图3-1所示：图3-1 优化前的设计方案该设计方案中，没有能量的集成，所有的工艺物流都是公用工程进行加热或者冷却，操作费较大，需要进行进一步优化。3.2 优化方案的确定通过夹点原理进行物流之间的换热匹配，在设计过程中不仅要考虑最大能量回收，还要考虑由于换热面积所产生的设备费用。针对Aspen Energy Analyzer推荐的换热方案进行进行手动调整，为了保证最小换热器台数原则，应该断裂loop回路，故应该删去负荷或者换热面积较小的换热器，将其合并到换热器，打破回路，减少换热器数目。再通过能量松弛，使换热器的数目进一步减少。但是，也要注意对于相距较远的物流间换热会使管路成本增大，增加设备投资成本，且操作不稳定，此类换热器需要删除。在调整优化的过程中主要遵循以下几个原则： （1）采用合并换热器等方法打破回路（Loop）；（2）减少换热设备数量，去掉较小的换热器。（3）避免因距离太远而管路成本过高的换热关系。（4）避免流股大量分割；经过以上调节之后，最后获得换热网络如图3-2所示。图3-2 优化后的设计方案优化后的换热网络所需换热器数目为22台，包含1个流股热量回收利用的换热器，达到回收热量的目的。3.3 优化方案的分析优化后的换热网络，运用了热集成方法，对工艺物流之间进行换热，减少了部分公用工程的用量。项目热负荷/(KW)优化前优化后冷却空气146.869713.86循环冷却水31564.4817487.34冷冻水7369.827991.480.23MPa低压蒸汽1308.121422.560.88MPa中压蒸汽33489.8630459.752.5MPa高压蒸汽2384.1004 换热网络在工艺流程中的应用4.1 工艺流股间的换热 利用反应后气体高位温度预热反应原料气至反应温度，可回