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悟道节能丨范海杰:C4异构单元DIB塔及凝液余热利用节能优化方案

发布者:正向国际

时间:2022-04-08

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原创作者丨范海杰  崔冰冰

引 言
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)有限公司液化气综合利用项目—碳四异构化装置,自投入运行以来,DIB塔使用蒸汽做为热源,蒸汽消耗量占整个系统的64.55%(约消耗19.5t/h蒸汽),单位产品能耗成本较高;而与此同时,联合装置凝液回收系统内的各凝液在水处理精制前需使用循环冷却水将温度由98℃降至50℃以下(防止在水处理过程中因温度过高对混床树脂造成损坏),这部分热量未能有效利用,具有很大的回收价值。现将相关经验做法与各位分享。



01

实施方案

本次实施方案主要利用通过凝液换热即可满足DIB塔温度在对凝液管网及DIB塔进料管道进行节能优化改造,最终达到余热充分利用,降低能耗的目的。
1.将联合装置系统内凝液引流至异构单元凝液缓冲罐,混合后约49t/h、98℃凝结水,自凝水泵出口引分支进入DIB塔釜加热器B进行第一次换热(由98℃利用至80℃),DIB塔釜加热器A仍采用蒸汽加热。
2.DIB塔增加一台换热器,利用DIB塔釜加热器B出口凝液对进料预热至55℃,使进料趋近于饱和态再进塔,实现二次热量回收。改造流程图如下:


02

节能优化分析

1.基础分析
(1)未设置预热前工况
① 物料组份wt%(取平均数):正丁烷61.3%、丙 0.81%、异丁烷37.89%
② 罐区供料泵压力0.92-0.95MPa,进塔前压力表检查0.8MPa,年平均温度20℃
③ DIB塔物料运行数据:F进料=32700kg/h,回流比约10.5,回流量约135t/h,塔底外采19923kg/h,塔顶外采12777kg/h
④ DIB塔顶运行压力0.6-0.61MPa,塔底0.66-0.68MPa,塔板数138块,板间平均压降0.00048MPa,进塔口位于74#板

⑤ 相关物性参数

(2)设置预热后

① 物料组份不变
② 罐区供料泵压力0.92-0.95MPa,假定加设预热器后综合压降≯0.15MPa,设计压降上限0.1MPa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

2.热量衡算
(1)节能优化前

(2)节能优化后

(3)进料预热需求热量
已进料初始20℃(年均值)升温至55℃计算:Q2-Q)*F进料量=(-2500+2618)*32700=3858600kJ/h
(4)进料预热器计算
① 根据优化条件取平均对数温差△t,由公式得△t=27.69℃,具体设置条件如下表:

② 依据Q=△t*K*S公式(K值取1000),求出换热器换热面积
S=Q/(△t*K)=3858600/(27.69*1000)=140㎡;
考虑1.3倍设计余量,实际选型换热面积140*1.3=182㎡。

03

效果分析

1.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3597000kJ/h;推导凝水用于DIB塔釜升温由98℃(410kJ/kg)换热至80.5℃(337.6kJ/kg)。
2.凝水二次利用于DIB塔热量利用由80.5℃(337.6kJ/kg)换热至50℃(210kJ/kg),综合热量利用6125000kJ/h。49000kg/h*(337.6kJ/kg-210kJ/kg)=6252400kJ/h。
3.凝结水换热后由98℃利用至50℃,热量共回收9849400kJ/h;以循环水10℃(41kJ/kg)温差计算,合计每小时减少9849400/41=240229 kg/h循环水冷却损耗。

04

效益预测

1.优化后热量共计回收9849400kJ/h,按照蒸汽汽化热2200kJ/kg计算,节省蒸汽约4477kg/h(4.477t/h);按照蒸汽150元/t、年8000h运行时间,年创效约4.477t/h*150元/t*8000h=537.24万元。
2.凝结水热量利用后循环水冷却损耗量降低240229kg/h;以循环水0.27元/吨计算,年8000h,年可节约(240229/1000)*0.27*8000=51.89万元。
综上,年合计创效537.24万元+51.89万元=589.13万元。

05

结论

1.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换热器,充分利用凝液余热。

2.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,年生产8000h可节省成本589.13万元。

需要注意的是,凝水管路及物料管路改造应充分考虑系统压降的影响,统筹考虑,规范设计和施工。


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山 东 玉 皇 化 工 有 限 公 司


范海杰(注册能源管理师学员)

部门/职务:技术管理

工作职责:技术改造、节能优化管理、项目管理、辅剂应用管理、安全技术管理

工作业绩:

提出醚化反应器外循环节能、DIB余热利用、异丁烷供料系统优化等多项技术创效方案,先后获得菏泽市职工技术创新三等奖等荣誉;组织及配合完成多套装置的转产盘活研

人生格言:

天下古今之人,皆成于勤,毁于惰、成于敬,毁于傲/做一个有价值的人

    崔冰冰

部门/职务:质量管理

工作职责:产品质量管理

人生格言:做一个有价值的人