附录4换热网络

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-换热网络 硫然而生目录第1章 换热网络设计概述1第2章 工艺流股提取2第3章 确定能量目标3第4章 电厂解吸塔节能设计6第5章 克劳斯综合该进节能方案7第6章 总结88第1章 换热网络设计概述本项目为深度脱硫年产9万吨二硫化碳，运行成本是其中一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。本项目由燃煤烟气压缩工段、燃煤烟气吸收工段、燃煤烟气解析工段、二氧化硫脱水塔工段、液化气吸收解析工段、克劳斯工段、二硫化氢生产工段、二硫化碳精制工段八个工段组成。从整个工艺流程来看，本项目需要较大量的公用工程，包括冷却水、-25C的制冷系统（液氨）、-120C的制冷系统（液氮）两个等级，而热公用工程主要用于流股的预热及塔釜的再沸器加热等过程，所使用的热公用工程的0.4MPa、125C的低压蒸气，1.4MPa、250C的中压蒸气。 第2章 工艺流股提取过程流股的提取如下表2-1所示：表2-1工艺过程物流信息表流股名称Inlet TCOutlet TC2-2_To_10-2100.221610533_To_34626.560714028_To_25-1.135883031_To_2298.954662527_To_29124.608398.6681347_To_61123.39745508-2_To_9-2123.6874112.796812-2_To_14-2112.79682512_To_14112.799625To CondenserCOL1_TO_48COL1120.473180.63259To CondenserCOL5_TO_26COL5121.419442.04853To ReboilerCOL17_TO_59COL17122.9739123.6874To CondenserCOL17_TO_53COL17120.473180.63258CondenserCOL2_TO_RefluxCOL225.47166-103.649To ReboilerCOL18_TO_56COL18122.9739123.6873To CondenserCOL18_TO_54COL18120.473180.63259To ReboilerCOL19_TO_57COL19122.9739123.6873To ReboilerCOL21_TO_11COL21120.5874121.0874To ReboilerCOL1_TO_BoilupCOL1122.9739123.6873To ReboilerCOL9_TO_BoilupCOL9122.9739123.6874To ReboilerCOL5_TO_BoilupCOL5124.0049124.6083To CondenserCOL21_TO_16COL21104.428222.36416To CondenserCOL19_TO_51COL19120.473180.63259Q-118Main825.2225145Q-123Main-52.7486-74第3章 确定能量目标将上述工艺流股信息输入到 Aspen Energy Analyzer V9.0，其中排除的几个流股不输入，使得组合曲线便于分析。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-温差关系曲线如图3-1 所示。图3-1总费用与 Tmin关系曲线在图中选取总费用最小且变化趋势相对平稳部分的温度作为最小传热温差进行后续计算。此处选取最小传热温差为10。在设定最小传热温差后，获得的组合曲线如图3-2 所示：图3-2 组合曲线从组合曲线上我们可以得到我们热集成所的能量目标；需要的热公用工程能量1.022*109kJ/h，即283.9MW；需要冷公用工程能量2.893*109kJ/h，即803.6MW；最小换热器数目为48个；夹点温度 130、120。得到的总组合曲线如图 3-3 所示：图3-3 优化后的设计方案该换热网络中换热器有53个，除去不合适，距离太远的股流，不适宜换热若干台换热器，从换热网中可以看到，有些换热器能量很小，甚至接近 0MW这些换热器的设置并不合理，可以撤除。对于在换热过程中发生相变化或组成变化的物流，其热容流率CP值并非一个常数，但是能量分析器中默认为常数处理。当牵涉到多公用工程换热时，冷却水与制冷剂的负荷分配与能量分析器计算是有出入的，因为CP不应作为常数处理。比如分离反应产物时，需要将产物与未反应的气体分离，需用冷凝器来实现该过程，由于物料组成的变化，CP也不断变化，实际上两种公用工程的负荷分配与能量分析器给的结果不同。如果冷却水冷却的负荷较小，则可直接使用制冷剂，不使用两种公用工程，以节省一台换热器的设备费。在换热网络中出现的换热器Loop回路也是使得操作费用增加的原因，在实际操作中，一般不能有Loop回路的存在，故应该合并Loop内的两台或多台换热器，使得回路被打破，系统自由度降低。以上三个原因增加了换热器台数，用Aspen Plus V9.0的HeatX模块模拟工艺物流的换热，获得准确的换热量，剔除掉换热量较小的换热器。此外还可以通过冷热公用工程之间的“通路”Path 来调节各Path上的换热量，从而达到松弛换热器热负荷，甚至减少换热器数的目的。优化后最终实施的换热网络所需换热器台数为48台，数目减少且结构更为精简。经过优化后，节能405MW。共需要冷公用工程803.6MW，热公用工程283.9MW。第4章 电厂解吸塔节能设计富含二氧化硫的富胺液从电厂吸收塔经过换热到达电厂解吸塔后，经过解吸塔解析，将二氧化硫和二氧化碳从吸收剂中分离。由于电厂烟气量很大，单塔解析会导致塔径过大，故采用八根并联的解吸塔（T-0401T-0504）。当塔顶为全气相出料的时候，由于流量过大，导致管径无法选取，故不能全气相出料。如图4-1：图4-1电厂解析塔优化前当选择全液相出料时，Q100为5.4E+8kj/h。能耗太高，故需要对塔进行节能改造。结合气象出料和液相出料的优缺点，最终决定采用气液两相出料作为最终的方案。如图4-2所示：图4-2电厂解析塔优化后采用气液两相出料后，Q100为3.8E+8kj/h。节能量为1.6E+8kj/h。由于是八根解吸塔，最终解析塔工段节能1.28 E+9kj/h。第5章 克劳斯综合该进节能方案传统克劳斯工艺如下图所示。克劳斯硫回收装置用来处理低温甲醇洗的酸性气体，使酸性气中的H2S转变为单质硫。首先在燃烧炉内三分之一的H2S与氧燃烧，生产SO2,然后剩余的H2S与生成的SO2在催化剂的作用下，进行克劳斯反应生成硫磺。如图5-1所示：图5-1 传统克劳斯工艺炼油厂酸性气体中主要含有硫化氢，而电厂尾气中主要污染物为二氧化硫。所以可以将电厂和炼油厂的尾气综合利用，不仅环保而且节能。如图5-2所示：图5-2 创新克劳斯工艺克劳斯工艺的创新设计，极大地节省了能量的损耗，传统工艺耗能72641605.66 kj/h 工艺改进后55426582.87 kj/h。第6章 总结本项目使用了热集成节能技术，运用了 Aspen Energy Analyzer 软件，实现了较大能量回用的换热网络设计。我们设计的优化的换热网络图6-1如下：图 6-1 换热网络设计方案本过程，由于采用了热集成技术，节能405MW。共需要冷公用工程803.6MW，热公用工程283.9MW。所使用的冷公用工程如表6-1所示。相较不采用热集成技术直接用公用工程进行换热的换热网络，能量回收率（节能率）达到24.34%。表6-1换热网络设计结果名称温度Air30C