塔器节能优化方案

作者:范海杰 崔冰冰 文章来源:PROCESS《流程工业》 发布时间:2020-05-13
碳四异构单元DIB塔及凝液余热利用节能优化方案——DIB分离塔正常生产过程中热能耗损较大,通过优化系统换热网络,充分利用塔釜加热蒸汽及系统管网凝液余热,综合降低系统生产运行热量损耗,减少能源浪费。

山东玉皇化工(集团)有限公司的液化气综合利用项目——碳四异构化装置自开工以来,DIB塔运行蒸汽消耗在整个运行系统占比较大(约消耗19.5 t/h蒸汽),加工成本较高。与此同时,联合装置凝液回收系统需要汇集各凝液物流泵输至水处理精制单元,精制处理前需要使用循环水冷却至≯50℃(防止混床树脂在水处理过程造成损坏),热量未能有效利用,具有很大的回收价值。

实施方案

本次实施方案主要利用DIB塔操作需求低位热的有利条件,对凝液管网及DIB进料流程进行节能优化改造,最终达到余热充分利用和降低能耗。

首先,整合联合装置系统凝液引流至异构单元凝液缓冲罐,混合后约49 t/h、98℃凝结水自凝水泵出口引分支进入DIB塔釜加热器B进行第一次热量利用处理(由98℃利用至80℃),DIB塔釜A仍采用低压蒸汽加热。

其次,DIB塔增加一台进料预热器,利用DIB塔釜加热器B出口凝液流对DIB塔进料预热至55℃,使进料趋近于饱和态进塔,再进行二次热量利用,改造后的流程图如图所示。

塔器节能优化案例-1

塔器节能优化案例


节能优化分析
基础分析

未设置预热前工况:(1)物料组份wt%(取平均数):正丁烷61.3%、丙烷0.81%和异丁烷37.89%;(2)罐区供料泵压力0.92~0.95 MPa,进塔前安装压力表检查0.8 MPa,年平均温度20℃;(3)DIB塔物料运行数据:F进料32 700 kg/h,回流比约10.5,回流量约135 t/h,塔底外采19 923 kg/h,塔顶外采12 777 kg/h;(4)DIB塔顶运行压力0.6~0.61 MPa,塔底0.66~0.68 MPa,塔板数138块,板间平均压降0.00 048 MPa,进塔口位于74#板;(5)相关物性参数如表1所示。

设置预热后状态变化

(1)物料组份不变;(2)罐区供料泵压力0.92~0.95 MPa,假定加设预热器后综合压降≯0.15 MPa,设计压降上限0.1 MPa来保留一定的操作空间,预热后温度初步设置55℃;(3)相关物性参数如表2所示。

热量衡算

节能优化前,根据能量守恒计算 公式  QF1+QH1+QL=QV+QW+Q损,  Q损此处忽略不计,得:
-2 610*32 700+QH1-2 600*135 000=149 777*(-2 325)-2 430*19 923,QH1=39 702 585kJ/h。其中,QF1为优化前进料携带总热量;QH1为优化前塔釜加热输入总热量;QL为回流进塔携带总热量;QV为塔顶气相采出携带总热量;QW为塔釜采出携带总热量。

节能优化后,根据能量守恒计算公 式QF2+QH2+QL=QV+QW+Q损, Q损此处忽略不计,得:
-2 500*32 700+QH2-2 600*135 000=149 777*(-2 325)-2 430*19 923,QH2=36 105 585kJ/h。其中,QF2为优化后进料携带总热量;QH2为优化后塔釜加热输入总热量;QL为回流进塔携带总热量;QV为塔顶气相采出携带总热量;QW为塔釜采出携带总热量。

进料预热需求热量按照已进料初始20℃(年均值)升温至55℃计算,为(Q2-Q1)*F=(-2 500+2 610)*32 700=3 597 000 kJ/h进料预热器计算根据优化条件取平均对数温差Δt,由公式得Δt=27.69℃,具体设置条件如下表3。

依据Q=Δt*K*S公式(K值取1 000),求出换热器换热面积S=Q/(Δt*K)=3 597 000/(27.69*1 000)=130m2;考虑1.3倍设计余量,实际选型换热面积为130*1.3=169m2。

效果分析

由优化前后塔釜加热器负荷降低值(QH1-QH2)计算,调整后塔釜热量需求降低3 597 000 kJ/h;推导出凝水用于DIB塔釜升温由98℃(410 kJ/kg)换热至80.5℃(337.6 kJ/kg)。凝水二次利用于DIB塔热量利用由80.5℃(337.6 kJ/kg)换热至50℃(210 kJ/kg),综合热量利用6 125 000 kJ/h;

49 000 kg/h*(337.6 kJ/kg-210 kJ/kg)=6 252 400 kJ/h。
凝结水由98℃利用至50℃,热量共回收  9 849 400 kJ/h;以循环水10℃(41 kJ/kg)温差计算,合计每小时减少9 849 400/41=240 229 kg/h的循环水冷却损耗。

效益预测

优化后热量共计回收9 849 400 kJ/h,按照蒸汽汽化热2 200 kJ/kg计算,节省蒸汽约4 477 kg/h(4.477 t/h);按照蒸汽150元/t、每年运行8 000 h,年创效约4.477 t/h*150元/t*8 000 h=537.24万元。凝结水热量利用后循环水冷却损耗量降低240 229 kg/h;以循环水0.27元/t、每年运行8 000 h计算,可节约(240 229/1 000)*0.27*8 000=51.89万元。综上,年合计创效589.13万元。

综上所述,此次优化改造不对装置主流程进行变动,仅调整凝水换热网络并增加一台进料预热器,充分利用凝液余热。此外,优化后总体投资费用约15万元(包含设计费、设备材料及施工费用),投资回报期短,节能效果显著,每年正常生产可节省成本约为589.13万元。

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