Интеграция теплового насоса в процесс разделения легких углеводородов

Abstract

В данной работе исследуется потенциал энергосбережения в процессах разделения широкой фракции углеводородов. На основании анализа технологической схемы и потоковых данных, с помощью метода пинч-анализа, спроектирована сеточная диаграмма интегрированной теплообменной системы. Построены составные кривые для ранее определенного оптимального значения оптимальной разности температур между теплоносителями на теплообменном оборудовании. Это дало возможность определить целевые значения полезной тепловой нагрузки процесса, количество теплоты, которое необходимо отвести от процесса, а также целевое значение мощности рекуперации тепловой энергии при использовании классических методов пинч-интеграции. Образ составных кривых говорит о том, что без изменения режима работы колонны дальнейшее увеличение энергоэффективности невозможно, а это ведет за собой изменение технологического режима работы оборудования, что является не приемлемым, так как это приведет к изменению качества получаемого продукта. Интеграция теплового насоса позволяет повысить температурный потенциал потока, не изменяя существующий технологический процесс. Для предлагаемого проекта реконструкции рассчитаны экономические параметры процесса. Проведена оценка численных значений энергопотребления, рекуперации в существующем и предполагаемом проекте. Применения пинч-анализа и интеграция теплового насоса позволили уменьшить потребление горячих утилит на 51,74%, холодных утилит на 46,52%. В статье показаны пути уменьшения потребления внешних энергоносителей в процессе разделения легких углеводородов, а также предложены пути пошаговой модернизации завода.

Energy conservation is one of the most common concerns in gas separation plants. This article contains information about data extraction and heat integration of separation of light hydrocarbons plant. The pinch analysis method was selected to perform a reconstruction project. The Composite curves for the previously defined optimal values of the optimal temperature difference between the heat carriers in the heat exchangers was constructed. This gave the opportunity to determine the target values of the useful heat load of the process, the quantity of heat which must be removed from the process, as well as the target value of the capacity of recuperation thermal energy using classical methods pinch-integration. The Compound curves indicates that the column without changing the operation mode can not further increase the efficiency. This leads to a change of technological modes of operation equipment. Technological streams that are needed for the integration process by using the pinch analysis method were identified. According to principles of pinch analysis, new composite curves are designed. The heat transfer area and number of heat exchangers for a retrofitted heat exchanger network have been identified. Application of the methods of pinch-analysis and integration of heat pumps allows to decrease the external hot utilities usage by 51,74 % and cold utilities usage by 46,52 %, and also offered the way of step-by-step retrofit of the plant.