年产千吨对二甲苯专项项目换热网络综合设计

1、年产1千吨对二甲苯项目换热网络综合设计化L行业仃一个重要特点,叩煤、任油、天然气等既是能源又是原料卜两项加起来 打产品成本的济-4鹏咨 在氮肥制造业本至搞到7。-80%.因此化L业是.业部匚中 的第一用能E这一特点使能工作的意义一用极其重大,节能就是应用技术上可行,经济上合理、环境和社会可以接受的.方法,来合理有效 地利用能源.所以节能芥仪仗是单纯地减少能源的使川，其灾质是充分有效地发:挥能源 的作用,使同用数量同能数.提供最多的TT效能。化生土中，经常需觥对-此物流进疗加热或衿却，妇果将这箜换热流般合哩匹配. 祖成挽热网稣便叮充云利月系统热M 淀高系统期利用率，减少么厂传航耗，.具有 嵌大户

2、能意义像这样*碰恣 个挽愁网络,使之打满足T.艺换热需求的前提F,具 有最八的设蕾明用和操作费II，就叫做挟热网络综合L叫换热网络编台兴起于上世纪60年代，近50年来一直成十分活跃的研究领域具有 重大的理论意义和实用价也 许多班究若提出了行之有效的优化方法3,并在实 息中职得了显莆中取得了给*换热网络综合方法一上要,件启发式经脸规则法、贝Q.技术法、数学规划法和遗传算法. 其中1.共席技术法最为成熟和应.用最亡,夹布技术注由Lirmho网坷和UeM肿L分别提 出，并推广应用丁化.：系统换热网络调优。经过多代学者用舐究马探索,现在夹点技术 不仞可以成用口I收换热网络综合优化,还可以用璀机和抽果的

3、优化布置,确定公 川-口的等级和用景,王除勺区，分离既各集成，减少废水废气排放等方应-夹点技术法设计换热网缗时，需遵慵三条基本原则翱两条经验规则：1）不其白热量,穿越夹点:.J夹点,0不引入冷公,0程； 夹点卜一方-不引入热公用I .程i（4）每个换热器的负荷应与匹配的冷、热流股中负荷最小者相同：C 5）选择热容肮也柜近的流股匚配推热.本如甲茶；产装置原始工乞流程用及多个换热流股的加热冲冷却，使用的公彳I： 程有加热蒸汽.燃料瓦斯、循环水、低温水和电，且耗量极大，如果能略进行换热网始 综合,将会极大地降低生产成本。Aspen Energy Analyzer是AspenTech公司旗下的软件产品

4、,专门用于研究和优化换 热网络，其根供了加点分析屈换热网络优化设计的环境.是Aspen在工程设计上的一个 币；要应用软件。本次流程的换热网络分析优化便是借助Aspen Energy Analyser完成。为分析工艺流程的换热网络情况，先将各换热沆股的信息剥离出来.得到表3.1.表3换热流股信息Tab 3.1 Information of heat exchange streams显热潜共是热初始换热热负荷切始换热热负荷初始换热热负荷温度/终温/kw沮度/终温/；kw温度/终温/ZkwPCCrCc水25.03134.4111.89134.4134.4501.11134.41350.26甲不甲醇2

5、0.04134.72831134.7148 951.69148.91490.02反应进料110.1460390.6反应产物467.2111.3393.06111.325716.39粗产品151.3259.67设计换热网靖时一般取最小传热温差为10-20C,这里取2(TC为最小传热温差，将 上表数据输入Aspen Energy Analyzer,得到TH图3.1 Composite CurvesEnthalpy (kJ/h)图3.】程TH图Fig. 3.1 Process T-H diagram分析换热网络可知.央点处热流股温度为111.3C,冷流股温度为91MC.其中,反应产物显热段的MCP为

6、3975kJ/h,水显热段MCP为3683kJ/h,反应进料MCP为4019kJ/h,三者接近，町优先换热。其中反应进料与反应产物温位都在400C以 上，故反应产物应先预热反疵进料，后与水换热.得到换热网络格于图见图3.2图3.2换热网络格了图Fig.3.2 HEN diagram根据格子图分析可知，该换热网络中在反应产物与水和反应产物与甲苯甲醒的换热 中存在换热回路，需要断开以减少换热器数日：而巳反应产物为相，气相流股分支换 热操作困谁：中试装置管线液相流笊较细，也不适合分支换热：所以需耍做出调整，得 到优化换热网络见图3.3。医3.3优化换热网络Fig.3.3 Optimized HEN该

7、网络中，反应产物与反应琏料换热后，先后预热水与甲苯甲醇混合物，将反应产 物加热至443.5C,将水加热至HO.rC.甲苯甲惭混合物先后与粗产品和反应产物换热, 加热至83.3C。换热网编改造前后冷热公用工程消耗对比见.表3.2。表3.2公用工程消耗对比l ab 3.2 Comparison of utilities优化换热网给前优化换热网络后公用T.程消耗量fkw洁耗蜀f/kw低压蒸汽839.7873692循环水)178.73702.97低温水69.9469.27燃料瓦斯390.5616.74电21.2721.27由表3.2可知，进行换热网络优化后，极大的节省了循环水和燃料瓦斯的用量，低 压蒸

8、汽和低温水用量也有所减少，实现了巨大的经济价值。3.2热功集成通过对换热网络优化后的流程进行模拟分析M以知道.流程消耗的热公用T程主要 用水的汽化(526.72kw),冷公用I一程主实用于反应产物的冷戡(64l.51kw) 而水 需要加热至135C,反应产物与反应原料换热后的温度为130,1-0.两者温位不符，无法 换热，导致消耗了大量的公用工程。如能将反应产物的温位提商，用它来加热汽化水. 则可节省大量成本。热泵装置可以使热量从低温物体转移到高温物休，从而提高能虽利用率并节省燃 料。工业上通常使用气体压堆式热泵来提高气相流股温位。根据热泵系统的封闭性，压 缩式热泵诃分为封闭式系统和敞开式系统。(1)封闭式系统封闭式压缩热泵系统由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四部分组成，以沸点高的 流体作为换招介质在循环回路中流动。具体流程如图3 4所示.#s*思Xo匹，机0)图3.4时闭式压编热泉Fig. 3.4 Closed heat pump system蒸发器产生的蒸汽经压缩机升压升温后进入冷凝器，在冷高器中向热阱供热，降 温冶凝为高压液体：冷摄液经节流阀降压降温后，进入蒸发器，在蒸发器中吸收低温热 源的热，汽化为蒸汽，再去压缩机进行循环。（2）敞开式系统敞开式压缩热泵系统