年产18万吨丙烯及54万吨环氧丙烷项目初步设计说明书

XX年产18万吨丙烯-54万吨环氧丙烷项目-初步设计说明书第十八章能耗计算与节能分析18.1计算依据《石油化工设计能耗计算标准》GB/T50441-2007《化工工厂初步设计文件内容深度规定》HG/T20688-200018.2项目能耗计算18.2.1综合能耗根据《石油化工设计能耗计算标准》，装置能耗计算采用统一能源折算值。燃料、电及耗能工质的统一能源折算值如下表所示。表18.1燃料、电及耗能工质的统一能源折算值序号类别单位能源折算值（kg标准油）备注1电kW*h0.2620.5MPa级蒸汽T660.3~0.6Mpa31.6MPa级蒸汽T801.2~2Mpa44.0MPa级蒸汽T883~4.5Mpa5循环冷却水t0.106冷却盐水t0.0347燃气m30.868氮气m30.15耗能体系的能耗按下式计算：式中，EP——耗能体系的能耗（kg/h）；Gi——燃料、电及耗能工质i消耗量（t/h，kW，m3/h）；Ci——燃料、电及耗能工质i的能源折算值（kg/t，kg/kW*h，kg/m3）；Qi——耗能体系与外界交换热量所折成的一次能源量（kg/h），输入时计为正值，输出时计为负值。各燃料、电及耗能工质的消耗量如下表：表18.2综合能耗计算表序号类别消耗量能源折算值（kg标准油）能耗1电5768.05度/h0.261499.702低压蒸汽（0.5MPa级蒸汽）69.30t/h664573.83中压蒸汽（1.6MPa级蒸汽）208.19t/h8016655.24高压蒸汽（4.0MPa级蒸汽）14.86t/h881307.685循环冷却水33427.83/h0.010334.2786燃气消耗567.30m3/h0.86487.8787冷冻盐水21711.110.034738.178总计25596.714故该工程的综合能耗为：18.2.2每吨产品能耗及计算表材料名称单价（元/吨）消耗量（万吨/年）总费用（万元/年）标煤（万吨每年）低压蒸汽（0.5MPa）180138.9925018.225.34793中压蒸汽（1.6MPa）21049.910479高压蒸汽（4.0MPa）28010.72996燃气消耗3.9元/m3408.46万m3/年1592.994--循环冷却水224068.0448136.08--冷冻盐水31563246896--电0.78元/度4153万度/年3239.341.677812总标煤用量（万吨/万吨）138357.614单位能耗按下式计算：式中，ep——单位能耗（kg/t）；GP——耗能体系的进料量或合格产品量（t/h）。该工程年产（纯度99.9%以上）环氧丙烷54万吨，故：该工程的单位能耗为：18.2.3每吨产品能耗比较表表18.3每吨产品能耗比较表本项目国内先进水平国际先进水平721.45kg/t1250.3kg/t653.2kg/t可以看到，相较丙烯环氧化工艺的能耗，该工艺远优于现国内先进水平，但距国际先进水平还有一定距离。18.2.4万元产值综合能耗万元工业产值综合能耗是一定时期企业单位综合能源消费量与工业总产值的比例。是反映企业能源经济效益高低的综合指标。其单位通常以"吨标准煤/万元"表示。计算公式如下：万元产值综合能耗=综合能源消费量（吨标煤）/工业总产值（万元）工业总产值是以货币表现的工业企业在一定时期内生产的工业产品按实际销售价格计算的价值量。包括生产的成品价值、对外加工费收入、自制半成品在制品期末期初差额价值三部分，数据取自各企业财务报表。根据计算工业总产值的价格不同，工业总产值又分为工业总产值（现价）和工业总产值（可比价），工业总产值（可比价）是指在计算不同时期工业总产值时，对同一产品采用同一时期的工业产品出厂价格作为可比价。根据相关标准：表18.4万元产值综合能耗计算表序号类别单位能源折算值数值（标煤/万t）消耗量（万吨/年）标准油/kg标准煤/kg1冷却水kg24068.040.01--2低压蒸汽（0.5MPa）kg138.99660.128617.8743中压蒸汽（1.6MPa）kg49.9800.13066.51704高压蒸汽（4.0MPa）kg10.7880.13141.40605电千瓦时4153万度/年0.260.3281362.186冷却盐水kg156320.034--7燃料气立方米408.46万m3/年0.86--总计1387.98本厂工业总产值667444万元/年，因此万元产值综合能耗计算如下：万元产值综合能耗=综合能源消费量（万吨标煤）/工业总产值（万元）=1387.98/667444=20.79吨标煤/万元18.3能源选择合理性分析根据我国节能减排的政策要求，我厂所用能源包括水、蒸汽、电等均符合低能耗的标准。本项目厂区位于XX漕泾的XX化学工业区(SCIP)。项目公用工程充分依托化工区的公用工程和配套设施，发挥XX化学工业区的基地作用。工业水、生活水、生产和生活废水生化处理、电力供应、电信、氮气和高纯氢气、公路和铁路，海运码头和内河码头、消防、急救等服务依托XX化工区。XX化学工业区的开发建设引入了世界级大型化工区的"一体化"先进理念，通过对区内产品项目、公用辅助、物流传输、环境保护和管理服务的整合，为进区投资者提供最佳的投资环境。目前，英国石油化工、德国巴斯夫、德国拜耳、德国赢创、美国亨斯迈、日本三菱瓦斯化学、日本三井化学等跨国公司以及法国苏伊士集团、荷兰孚宝、法国液化空气集团、美国普莱克斯等世界著名公用工程公司已落户区内，预计到2015年，招商引资累计达到270亿美元，固定资产投资累计完成1300亿元，年销售收入1300-1500亿元，当年各类税收70亿元。化工区的建设目标是成为亚洲最大、最集中、水平最高的世界一流石化基地之一。XX化学工业区位于XX市南翼，金山、奉贤两区的交界处，距市中心50公里，有A4高速公路连接市区和沪宁、沪杭高速公路网，从市中心驱车至现场仅需45分钟;化工区内设专用铁路支线与全长113公里的浦东铁路(奉贤-浦东机场-张庙)相连;通过疏浚后的内河航运系统，化工区可与黄浦江、长江水系连通;化工区除建有专用海运码头以外，与洋山深水港(1000万标准集装箱)仅55公里;化工区距浦东国际机场和虹桥国际机场均约50公里。化工区快捷的"水陆空"运输条件，将为来化工区投资的企业提供极为便利的交通运输服务。充分实现了能源供应和废气再利用。在水资源方面，地表水资源为456亿立方米，本厂位于水资源较为丰富的地带，且用水量较为合理，故运输方便，费用较低。18.3.1热电选择合理性分析本公司热电联供系统由中国电力投资集团（36%），申能股份有限公司（30%），XX化学工业区发展有限公司（4%）以及新加坡胜科公用事业私人有限公司（30%）合资建设的热电联供项目，总投资28.1亿人民币。2003年1月开工建设，快速启动锅炉2004年7月启用。第一套燃气-蒸汽联合循环机组已于2005年10月投产。生产规模：电：60万千瓦

蒸汽：660吨/小时燃气-蒸汽联合循环发电：2套9F级30万千瓦/台发电机、330吨/台蒸汽锅炉都已投用3台110吨/小时应急快速启动锅炉。供电：区内规划配置三座220kV变电站，通过6回220kV线路与系统连接，规模均为3*240MVA。其中，漕一、漕二变电站已建成。供热：XX化工区已建成的热电联供燃气蒸汽联合循环热电机组及应急锅炉蒸汽供应，未来规划依托漕泾电厂发电机组副产蒸汽满足规划项目蒸汽需求。炼化一体化项目将采用洁净煤发电供热技术。根据XX化学工业园区所需热负荷的需要，考虑到本项目所需热负荷大部分为中低压蒸汽负荷，按照“以热定电”的原则，为提高整个园区的供热效率及经济效益出发，在各园区内分别规划建设自备热电站，热电站建设分期进行，并留有扩建余地。本厂的蒸汽由总厂提供。因此选择了如下的蒸汽和电力：表18.5蒸气表名称费用/(元/吨)低压蒸汽（0.8MPa）150中压蒸汽（4MPa）175高压蒸汽（10Mpa）185电kw.h0.65元/千瓦时各生产装置所需的中、低压蒸汽，由工业区公用热力管网统一供应。蒸汽管线采用沿地上工业管廊架设，必须符合园区规划，各热用户回收的蒸汽冷凝液由管网统一收集并返回热电厂进行处理后再使用。18.3.2.冷却水选择合理性分析在水资源方面，地表水资源456亿立方米，本厂位于水资源较为丰富的地带，且用水量较为合理，故运输方便，费用较低。根据XX化学工业园区冷却水量的需要，考虑到本厂主要换热使用冷却水提供，可在厂区单独设置冷却水循环水池，补充水由雨水收集池收集处理后补充。考虑到丙烷脱氢制丙烯流程耗冷量极大，于是采用了乙烯、丙烯复迭压缩制冷，很大程度上减少了工艺对公用工程的依赖性，大幅度减少冷冻剂的使用，具有非常好的经济效益，此工程虽需要投资设备费，但是比起长期使用的冷冻工用工程费用就可以说是微乎其微。18.3.3换热网络本集成工厂换热网络的设计包括丙烷脱氢工段和丙烯环氧化工段。经优化后的工艺流程较原先设计的流程虽然增加了一定的复杂性，但是可以节省大量的能量，使操作成本大幅度降低，使成本大幅度的下降。通过对流程流股的深入分析，利用AspenEnergyAnalyzer设计换热网络，其主要步骤如下：1.确定流程中需要换热的冷流股和热流股；2.利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图；3.确定最小传热温差；4.找出夹点及最小冷、热公用工程用量；5.构建优化换热网络。我们将所提取的工艺流股输入Aspenenergyanalyzer中,并对最小传热温差进行经济评估，获得总费用和温差的关系曲线图。图18.1总费用-最小温差关系图从上图观察可以发现，7℃左右，曲线总费用降至最低。因而我们选取最小温差为7℃进行下一步工作。设定最小温差后，我们获得冷热物流的总组合曲线如下图图18.2冷热物流组合曲图以下为所得的总组合曲线图18.3总组合曲线依据上图和所要换热的流股数据，我们选取了选取了热公用工程为：高压蒸汽、中压蒸汽，低压蒸汽。冷公用工程为：冷却水和冷冻盐水（-25℃）。选取合理的公用工程可以降低公用总消耗量，从而减少能量浪费。之后通过手动优化，通过能量松弛，将不合理换热器与相邻换热合并，减少换热器数目。在减少换热器的同时，去除了一些不必要的分流操作，可以使总费用有所下降，也使得换热网络更加便于布置。最终优化后的换热网络如下图所示：图18.4优化后的换热网络图18.5优化后的换热网络数据最终我们的总费用指数为2.861，所需热公用工程为3.974*109kJ/h，冷公用工程为3.162*109kJ/h，换热器数目变为29台。表18.6节能效果比较流程所需总热量4.787*109kJ/h公用工程总热量3.974*109kJ/h节能16.98%流程所需总冷量3.976*109kJ/h公用工程总冷量3.162*109kJ/h节能20.47%相比不进行换热网络合成的工艺流程，总费用降低约30%。可以说能量回收效果十分明显。具体换热网络设计及换热器选型详见换热网络设计和工艺设备设计。18.5节能措施18.5.1节约冷量和热量措施18.5.1.1乙烯-丙烯复迭制冷所谓复迭制冷循环是指乙烯-丙烯联合制冷过程，即乙烯冷剂从压缩机出口，经丙烯冷剂冷却冷凝。复迭制冷系统包括两个循环：乙烯循环和丙烯循环，这两个循环均可被看作是单级制冷系统，每个循环使用不同的冷剂。图18.6复迭制冷AspenPlus模拟流程图使用AspenPlus对复迭制冷系统进行了模拟，得出了乙烯的流量为2.615*106kg/h，丙烯流量为6.718*107kg/h。模拟得到的结果表5.1。表18.7复迭制冷AspenPlus模拟结果压缩机乙烯丙烯流量/（kg/h）2.615*1066.718*107进口压力/bar11进口温度/℃-102.610出口压力/bar16.2518出口温度/℃7897压缩机功率/kW1.7544*1063.5765*106压缩机效率0.720.72由上表数据可知，乙烯-丙烯复迭制冷系统能够满足压缩深冷处理的冷量需求。图18.7T103、T201、T203塔顶优化AspenPlus模拟流程图同时，为了减少冷公用工程的种类，降低厂区公用工程的复杂性，我们对T103、T201和T203三座塔的塔顶进行了冷凝器优化，以复迭制冷系统代替冷凝器，分别完成冷量供应。具体数据见表18.7。表18.8塔顶复迭制冷冷凝优化T103塔顶冷凝T201塔顶冷凝T203塔顶冷凝压缩机乙烯丙烯乙烯丙烯乙烯丙烯流量/（kg/h）173103.721444674.388189.05485.637112485.63进口压力/bar111111进口温度/℃-102.610-102.610-102.610出口压力/bar16.251816.251816.2518出口温度/℃789778977897压缩机功率/kW11588.957623625.065912.6825.857.519.04压缩机效率0.720.720.720.720.720.7218.5.1.2热泵精馏塔热泵是在精馏过程中通常采用的一种有效的节能技术。采用热泵工艺，不仅可使生产能耗大幅降低，而且可使冷却介质的温度在生产操作中不再具有决定性的作用。因此，该工艺非常适合丙烯-丙烷这种沸点非常接近的精馏系统。图18.8丙烯全热耦合塔“A型热泵”AspenPlus流程经过对热泵精馏捍卫常规精馏的模拟，我们将热泵精馏流程与常规精馏能耗的对比如下：表18.8热泵精馏与普通精馏能耗对比冷却能耗/kw加热能耗/kw热泵精馏-4.028*1041.555*105常规精馏-1.773*1051.844*105节能效果76.27%15.67%热泵精馏流程与常规精馏流程的能耗对比如表5.3所示，其中热泵精馏中的压缩机电耗为47268.57kW，电能是比热能更高价值的能量形式，电热转换系数为3.29，故热泵精馏加热能耗为155513.59kW。从表中可以看出，使用热泵精馏虽然将增加部分设备投资费用，但是同时也将大大节约能耗，综合考虑，使用热泵精馏技术可以使本流程更为经济节能。18.5.1.3预分离工艺在本工艺中水的质量分率高达98.3%，而产品丙二醇和丙二醇单甲醚含量却较低，而水又与丙二醇单甲醚会形成共沸，因此水的流量对于后续操作各塔的负荷和萃取精馏中萃取剂的用量都有着极大的影响。因此我们决定采用副产物预分离工艺来替代传统的顺序分离工艺，经过副产物预分离塔，将剩余产物一分为二:塔顶得到水和丙二醇单甲醚的恒沸物，塔底得到的是绝大部分的水和丙二醇。之后再通过恒沸精馏和普通精馏分别将丙二醇单甲醚和丙二醇从水中分离。图18.9副产物预分离工艺流程图图18.10传统副产物顺序分离工艺流程通过对两个工艺的对比分析，并结合设备价格，得到如下结果：表18.9预分离工艺与传统顺序分离工艺能耗对比能耗预分离工艺顺序分离工艺节能效果总加热费用/kw0.818*1052.373*10565.53%总冷却负荷/kw1.555*1052.399*10535.18%萃取剂用量/kg/h19538.6574937244.54597.92%由上述对比可知，虽然塔数量增加使设备费用略有增加，但是从操作费用方面来看，加热费用、冷却费用以及萃取剂用量等方面都有了极大的减少，综上所述，采用预分离工艺可以极大的减少能耗，实现节能减排。18.5.2节水节电措施本项目所用原料为进口丙烷、循环甲醇等，从源头上一定程度的实现了节能减排。为了更大程度的节约能源，还可以采取如下措施：选用低损耗节能型变压器；在电路中设置电容补偿装置减少无功损耗；二次回路控制设备采用节能型元件；道路照明采用光电开关自动控制，楼梯照明开关选用节能型声控开关控制。通过多种节能措施，本项目的能耗可以进一步降低，从而更好的实现清洁性和经济性。关于节能技术的具体论述详见换热网络设计第五章和创新性说明。第十九章概算19.1总概算本概算根据