Рекуперативний теплообмін на установці газофракціювання та компримування газохімічного виробництва

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2018 р. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі підвищення потужності рекуперації теплової енергії в процесах ректифікації широкої фракції легких вуглеводнів (ШФЛВ) і супутніх їм процесах. За допомогою програмного забезпечення UniSim Design побудовані імітаційні моделі процесів поділу ШФЛВ. Побудова складових кривих процесу ректифікації для існуючої теплообмінної рекуперативної системи дозволили визначити потужність гарячих і холодних утиліт, які процес ректифікації споживає в даний час. В результаті запропонованого проекту реконструкції потужність рекуперації теплової енергії збільшиться на 1102 %, потужності гарячих і холодних утиліт знизяться на 18,37 % і 18,67% відповідно. Аналіз інтегрованої системи теплообміну процесу ректифікації ШФЛВ за допомогою Великої складової кривої (ВСК) дозволив усунути обмежувальний фактор збільшення потужності рекуперації за допомогою створення методу оптимальної інтеграції теплового насосу (ТН) у вже інтегрований процес ректифікації. Побудовані імітаційні UniSim Design моделі інтеграції ТН в обидва процеси ректифікації, які підтвердили збільшення потужності рекуперації теплової енергії в процесі ректифікації ШФЛВ з отриманням пропан пентанової і бутанової фракції, щодо існуючого процесу, на 1590 %, а потужність гарячих і холодних утиліт знижується на 72% і 73% відповідно. При інтеграції теплового насоса в процес ректифікації ШФЛВ з отриманням пентан-гексанової, бутанової і ізобутанової фракцій потужність рекуперації збільшиться на 1233 %, а споживання гарячих і холодних утиліт знижується на 53% і 54% відповідно. За допомогою ВСК процесів ректифікації вперше побудований тепловий профіль комплексу різних установок ректифікації ШФЛВ, аналіз якого дозволив визначити додаткові місця розташування рекуперативних теплообмінників, що дало можливість збільшити потужність рекуперації теплової енергії на 23,4 МВт. В результаті інтеграції комплексу установок загальна потужність рекуперації теплової енергії збільшилася на 1986 %, а потужність гарячих і холодних утиліт зменшилася на 51%. В дисертації також вирішена задача збільшення потужності рекуперації теплоти в існуючій двопотокової теплообмінній системи і створено метод та програма розрахунку додаткової площі поверхні теплообміну для двопотокових систем рекуперації теплової енергії.Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.17.08 «Processes and equipment of chemical technology»  National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2018. The thesis is devoted to solution of actual scientific and applied problem of increasing the capacity of recovering thermal energy in the processes of distillation of wide fraction of light hydrocarbons (WFLH) and associated processes. On the basis of theoretical analysis of the system flow of the gas rectification process using the methods of pinch analysis were constructed a grid diagram and a flowsheet of the reconstruction project and the main parameters of the new heat exchangers were defined. The power of recuperation thermal energy will increase by 1102 %, power of hot and cold utilities will be reduced by 18,37 % and 18,67%, respectively in the proposed project. Based on simulation UniSim Design model of integration of HP in both of the process of rectification, which confirmed the increasing power of recovering thermal energy in the process of gas rectification with production of propane-butane and pentane fractions with respect to the existing process, 1590 %, and the power of hot and cold utilities is reduced by 72% and 73%, respectively. When you integrate the heat pump into the process of rectification of raw WFLH from the receipt of pentane-hexane, butane and isobutane factions power recovery will increase by 1233 % and the consumption of hot and cold utilities is reduced by 53% and 54%, respectively. Using the GCC processes built for the first time the thermal profile of the set of different plants fractionation WFLH, the analysis of which allowed increasing the capacity of thermal energy recuperation at 23.4 MW. In the end, the Total Site integration of complex installations, the total capacity of thermal energy recuperation increased by 1986 % and power of hot and cold utilities decreased by 51%.