全工段换热网络分析

1、2018 年“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛石化齐鲁石油化工公司分公司年产十六万吨异壬醇项目全工段换热网络分析团队名称：Gems Quest 团队团队成员： 指导：德2018 年 7 月全工段换热网络分析目录概述1工艺流股提取2夹点分析3换热网络设计6总结9第一章第二章第三章第四章第五章3全工段换热网络分析第一章 概述本项目为齐鲁石化的分厂，成本是一个关键的考核参数，其中公用工程的消耗占了很大的一部分。运用夹点技术对流程进行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，从而减小公用工程的消耗。本项目具体可分为聚合工段、氢甲酰化工段、加氢工段、精制工段

2、。从整个工艺流程来看，本项目需要大量的公用工程，冷公用工程冷却水、冷冻盐水，热公用工程油。175的中压蒸汽、250的高压蒸汽、300的导热冷公用工程来源于本项目厂区的循环水站和冷冻站，热公用工程来源于本项目厂区的蒸汽系统和厂区动力站为充分集成过程中的热量，本项目采用了双效精馏技术，充分利用能位较高塔的塔顶蒸汽向能位较低塔的再沸器供热同时也被冷凝，充分利用了能位较高塔塔顶蒸汽的相变热，从而提高了可回收能量的比率，减小公用工程用量，实现了较大程度的节能。1全工段换热网络分析第二章 工艺流股提取流股如下：(源文件“全工段数据提取”)表 2-1工艺过程流股表表 2-2物流表2塔名称加热器位置进口温度/

3、出口温度/能量 kJ/hT0402TOP198.948133198.711652.16×107T0102TOP108.155441107.923311.02×107T0402BOTTOM202.851318204.832211.67×107T0401TOP261.297808217.32652.33×105T0101TOP44.241748643.0542014.75×107T0401BOTTOM267.920042268.4411.29×107T0201BOTTOM181.45002181.929097.64×106T02

4、01TOP104.437979402.68×106T0403TOP168.453242168.011073.56×106T0403BOTTOM177.163986279.873833.04×106过程流股加热器名称进口温度/出口温度/能量 kJ/h1-07To1-12E0103185.8407.11×103S5ToS6E02042585.61.86×1071-01To1-02E01013239.91.62×1063-18To4-01E030525.31004.62×1062-04To2-05E0202107403.94

5、15;1061-08To1-09E0102108.61502.33×1062-08To2-09E020325.095.23.94×1064-10ToPRODUCTE0401198.7401.08×1072-02To2-03E0201127.31071.62×1063-06To3-07E030215084.94.62×1063-04To3-05E0301270.31506.70×1053-10To3-11E0303265.8401.84×1053-14To3-15E0304272.3401.90×105全工段换热网络

6、分析第三章 夹点分析将上述流股数据输入到Aspen Energy Analyzer 中，分析效益与最小曲线如图传热温差的3-1、3-2 所示，拟合出投资费用、操作费用与最小传热温差的图 3-1 投资费用-最小传热温差曲线图 3-2 操作费用-最小传热温差曲线再根据这两条曲线得到总费用与最小传热温差的曲线如图 3-3 所示，3全工段换热网络分析图 3-3 总费用-最小传热温差由图 3-3 可知，最小传热温差为 15。曲线设定最小传热温差为 15后，得到的冷热物流的组合曲线和总组合曲线如图 3-4、图 3-5 所示：图 3-4 组合曲线4全工段换热网络分析图 3-5 总组合曲线需要的热公用工程为

7、31.35MW，需要的冷公用工程为 39.39MW。从图中可以看到，夹点附近平台，经分析，这个平台表示塔塔顶相变热，因此可以采效精馏的技术，充分利用平台上的能量，即利用塔顶蒸汽的能量，采用塔顶高能位蒸汽向能位较低塔的再沸器供热同时术进行改进，增加系统内部的换热量，可以节省能耗。也被冷凝技采效精馏技术后，公用工程耗量下降明显，达到了较节能效果，前后能耗对比情况如表 3-1 所示：表 3-1 普通精馏与双效精馏技术能耗对比通过分析可以看出，采效精馏技术可节能 30.89%。5普通精馏双效精馏技术节能率冷却能耗（MW）19.2913.3030.89%加热能耗（MW）19.4913.50总能耗（MW）

8、38.7826.80全工段换热网络分析第四章 换热网络设计换热网络的设计，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。在设计换热网络时，需要考虑工艺流股换热的可能性，同时还要将费用等因素也考虑进去，以便获得最为合理的换热网络。将流股分流设置为 12，得到 12 种合理的换热网络。在 Aspen Energy Analyzer 给出的design 中以节能综合示：效益为目标选择最优的换热网络。选择原则如图 4-1 所图 4-1 换热网络方案所选推荐设计方案 A-Design6 如图 4-2 所示：图 4-2 优化前换热网络该换热网络的换热器数目为 45 台（精馏塔塔顶冷凝

9、器、塔釜再沸器），按照最小换热器台数原则，还可以撤去若干台换热器。该换热网络中有部分换热器换热面积很小，热负荷也很小，可以删去。当用多种公用工程换热时，可适当减少操作费，但会增加换热器数目和费。比如在使用冷却水和制冷剂冷却时，如果冷却水冷却的负荷较小，则可直接使用制冷剂，而不使用两种公用工程，以6全工段换热网络分析节省一台换热器的费，还有，换热距离太远，换热的话，管道和换热器费用太高，也可以直接使用公用工程而省去换热器。经过以上调节之后，最后获得换热网络如图 4-3 所示:图 4-3 优化后换热网络优化后的换热网络所需换热器数目为 26 台，包含 3 个流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构

10、更为精简。优化后的换热网络总费用更少，换热器数目更少，换热面积更小，所以此换热网络的设计达到了降低了节能综合效益的目的。将优化后的换热网络应用到 aspen 流程重新模拟，将模拟数据导入到Aspen Energy Analyzer 中，得到优化后的组合曲线和总组合曲线，如图 4-4、图4-5 所示 ：7全工段换热网络分析图 4-4 优化后的组合曲线图 4-5 优化后的总组合曲线优化后需要热公用工程为 22.55MW，冷公用工程为 30.59MW。8全工段换热网络分析第五章 总结全工段的换热主要体现在两个方面：充分利用物流间的热量，实现了多股物流间的换热，减少了公用工程的使用量；利供热，同时效精馏技术，充分利用能位较高塔的塔顶蒸汽向能位较低