年產(chǎn)18萬噸丙烯-54萬噸環(huán)氧丙烷項目-初步設計說明書

年產(chǎn)18萬噸丙烯-54萬噸環(huán)氧丙烷項目-初步設計說明書第十八章能耗計算與節(jié)能分析18.1計算依據(jù)《石油化工設計能耗計算標準》GB/T50441-2007《化工工廠初步設計文件內(nèi)容深度規(guī)定》HG/T20688-200018.2項目能耗計算18.2.1綜合能耗根據(jù)《石油化工設計能耗計算標準》，裝置能耗計算采用統(tǒng)一能源折算值。燃料、電及耗能工質(zhì)的統(tǒng)一能源折算值如下表所示。表18.1燃料、電及耗能工質(zhì)的統(tǒng)一能源折算值序號類別單位能源折算值（kg標準油）備注1電kW*h0.2620.5MPa級蒸汽T660.3~0.6Mpa31.6MPa級蒸汽T801.2~2Mpa44.0MPa級蒸汽T883~4.5Mpa5循環(huán)冷卻水t0.106冷卻鹽水t0.0347燃氣m30.868氮氣m30.15耗能體系的能耗按下式計算：式中，EP——耗能體系的能耗（kg/h）；Gi——燃料、電及耗能工質(zhì)i消耗量（t/h，kW，m3/h）；Ci——燃料、電及耗能工質(zhì)i的能源折算值（kg/t，kg/kW*h，kg/m3）；Qi——耗能體系與外界交換熱量所折成的一次能源量（kg/h），輸入時計為正值，輸出時計為負值。各燃料、電及耗能工質(zhì)的消耗量如下表：表18.2綜合能耗計算表序號類別消耗量能源折算值（kg標準油）能耗1電5768.05度/h0.261499.702低壓蒸汽（0.5MPa級蒸汽）69.30t/h664573.83中壓蒸汽（1.6MPa級蒸汽）208.19t/h8016655.24高壓蒸汽（4.0MPa級蒸汽）14.86t/h881307.685循環(huán)冷卻水33427.83/h0.010334.2786燃氣消耗567.30m3/h0.86487.8787冷凍鹽水21711.110.034738.178總計25596.714故該工程的綜合能耗為：18.2.2每噸產(chǎn)品能耗及計算表材料名稱單價（元/噸）消耗量（萬噸/年）總費用（萬元/年）標煤（萬噸每年）低壓蒸汽（0.5MPa）180138.9925018.225.34793中壓蒸汽（1.6MPa）21049.910479高壓蒸汽（4.0MPa）28010.72996燃氣消耗3.9元/m3408.46萬m3/年1592.994--循環(huán)冷卻水224068.0448136.08--冷凍鹽水31563246896--電0.78元/度4153萬度/年3239.341.677812總標煤用量（萬噸/萬噸）138357.614單位能耗按下式計算：式中，ep——單位能耗（kg/t）；GP——耗能體系的進料量或合格產(chǎn)品量（t/h）。該工程年產(chǎn)（純度99.9%以上）環(huán)氧丙烷54萬噸，故：該工程的單位能耗為：18.2.3每噸產(chǎn)品能耗比較表表18.3每噸產(chǎn)品能耗比較表本項目國內(nèi)先進水平國際先進水平721.45kg/t1250.3kg/t653.2kg/t可以看到，相較丙烯環(huán)氧化工藝的能耗，該工藝遠優(yōu)于現(xiàn)國內(nèi)先進水平，但距國際先進水平還有一定距離。18.2.4萬元產(chǎn)值綜合能耗萬元工業(yè)產(chǎn)值綜合能耗是一定時期企業(yè)單位綜合能源消費量與工業(yè)總產(chǎn)值的比例。是反映企業(yè)能源經(jīng)濟效益高低的綜合指標。其單位通常以"噸標準煤/萬元"表示。計算公式如下：萬元產(chǎn)值綜合能耗=綜合能源消費量（噸標煤）/工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）工業(yè)總產(chǎn)值是以貨幣表現(xiàn)的工業(yè)企業(yè)在一定時期內(nèi)生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品按實際銷售價格計算的價值量。包括生產(chǎn)的成品價值、對外加工費收入、自制半成品在制品期末期初差額價值三部分，數(shù)據(jù)取自各企業(yè)財務報表。根據(jù)計算工業(yè)總產(chǎn)值的價格不同，工業(yè)總產(chǎn)值又分為工業(yè)總產(chǎn)值（現(xiàn)價）和工業(yè)總產(chǎn)值（可比價），工業(yè)總產(chǎn)值（可比價）是指在計算不同時期工業(yè)總產(chǎn)值時，對同一產(chǎn)品采用同一時期的工業(yè)產(chǎn)品出廠價格作為可比價。根據(jù)相關標準：表18.4萬元產(chǎn)值綜合能耗計算表序號類別單位能源折算值數(shù)值（標煤/萬t）消耗量（萬噸/年）標準油/kg標準煤/kg1冷卻水kg24068.040.01--2低壓蒸汽（0.5MPa）kg138.99660.128617.8743中壓蒸汽（1.6MPa）kg49.9800.13066.51704高壓蒸汽（4.0MPa）kg10.7880.13141.40605電千瓦時4153萬度/年0.260.3281362.186冷卻鹽水kg156320.034--7燃料氣立方米408.46萬m3/年0.86--總計1387.98本廠工業(yè)總產(chǎn)值667444萬元/年，因此萬元產(chǎn)值綜合能耗計算如下：萬元產(chǎn)值綜合能耗=綜合能源消費量（萬噸標煤）/工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）=1387.98/667444=20.79噸標煤/萬元18.3能源選擇合理性分析根據(jù)我國節(jié)能減排的政策要求，我廠所用能源包括水、蒸汽、電等均符合低能耗的標準。本項目廠區(qū)位于上海漕涇的上海化學工業(yè)區(qū)(SCIP)。項目公用工程充分依托化工區(qū)的公用工程和配套設施，發(fā)揮上?；瘜W工業(yè)區(qū)的基地作用。工業(yè)水、生活水、生產(chǎn)和生活廢水生化處理、電力供應、電信、氮氣和高純氫氣、公路和鐵路，海運碼頭和內(nèi)河碼頭、消防、急救等服務依托上海化工區(qū)。上?；瘜W工業(yè)區(qū)的開發(fā)建設引入了世界級大型化工區(qū)的"一體化"先進理念，通過對區(qū)內(nèi)產(chǎn)品項目、公用輔助、物流傳輸、環(huán)境保護和管理服務的整合，為進區(qū)投資者提供最佳的投資環(huán)境。目前，英國石油化工、德國巴斯夫、德國拜耳、德國贏創(chuàng)、美國亨斯邁、日本三菱瓦斯化學、日本三井化學等跨國公司以及法國蘇伊士集團、荷蘭孚寶、法國液化空氣集團、美國普萊克斯等世界著名公用工程公司已落戶區(qū)內(nèi)，預計到2015年，招商引資累計達到270億美元，固定資產(chǎn)投資累計完成1300億元，年銷售收入1300-1500億元，當年各類稅收70億元?；^(qū)的建設目標是成為亞洲最大、最集中、水平最高的世界一流石化基地之一。上?；瘜W工業(yè)區(qū)位于上海市南翼，金山、奉賢兩區(qū)的交界處，距市中心50公里，有A4高速公路連接市區(qū)和滬寧、滬杭高速公路網(wǎng)，從市中心驅車至現(xiàn)場僅需45分鐘;化工區(qū)內(nèi)設專用鐵路支線與全長113公里的浦東鐵路(奉賢-浦東機場-張廟)相連;通過疏浚后的內(nèi)河航運系統(tǒng)，化工區(qū)可與黃浦江、長江水系連通;化工區(qū)除建有專用海運碼頭以外，與洋山深水港(1000萬標準集裝箱)僅55公里;化工區(qū)距浦東國際機場和虹橋國際機場均約50公里。化工區(qū)快捷的"水陸空"運輸條件，將為來化工區(qū)投資的企業(yè)提供極為便利的交通運輸服務。充分實現(xiàn)了能源供應和廢氣再利用。在水資源方面，地表水資源為456億立方米，本廠位于水資源較為豐富的地帶，且用水量較為合理，故運輸方便，費用較低。18.3.1熱電選擇合理性分析本公司熱電聯(lián)供系統(tǒng)由中國電力投資集團（36%），申能股份有限公司（30%），上海化學工業(yè)區(qū)發(fā)展有限公司（4%）以及新加坡勝科公用事業(yè)私人有限公司（30%）合資建設的熱電聯(lián)供項目，總投資28.1億人民幣。2003年1月開工建設，快速啟動鍋爐2004年7月啟用。第一套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組已于2005年10月投產(chǎn)。生產(chǎn)規(guī)模：電：60萬千瓦

蒸汽：660噸/小時燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電：2套9F級30萬千瓦/臺發(fā)電機、330噸/臺蒸汽鍋爐都已投用3臺110噸/小時應急快速啟動鍋爐。供電：區(qū)內(nèi)規(guī)劃配置三座220kV變電站，通過6回220kV線路與系統(tǒng)連接，規(guī)模均為3*240MVA。其中，漕一、漕二變電站已建成。供熱：上?；^(qū)已建成的熱電聯(lián)供燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組及應急鍋爐蒸汽供應，未來規(guī)劃依托漕涇電廠發(fā)電機組副產(chǎn)蒸汽滿足規(guī)劃項目蒸汽需求。煉化一體化項目將采用潔凈煤發(fā)電供熱技術。根據(jù)上?；瘜W工業(yè)園區(qū)所需熱負荷的需要，考慮到本項目所需熱負荷大部分為中低壓蒸汽負荷，按照“以熱定電”的原則，為提高整個園區(qū)的供熱效率及經(jīng)濟效益出發(fā)，在各園區(qū)內(nèi)分別規(guī)劃建設自備熱電站，熱電站建設分期進行，并留有擴建余地。本廠的蒸汽由總廠提供。因此選擇了如下的蒸汽和電力：表18.5蒸氣表名稱費用/(元/噸)低壓蒸汽（0.8MPa）150中壓蒸汽（4MPa）175高壓蒸汽（10Mpa）185電kw.h0.65元/千瓦時各生產(chǎn)裝置所需的中、低壓蒸汽，由工業(yè)區(qū)公用熱力管網(wǎng)統(tǒng)一供應。蒸汽管線采用沿地上工業(yè)管廊架設，必須符合園區(qū)規(guī)劃，各熱用戶回收的蒸汽冷凝液由管網(wǎng)統(tǒng)一收集并返回熱電廠進行處理后再使用。18.3.2.冷卻水選擇合理性分析在水資源方面，地表水資源456億立方米，本廠位于水資源較為豐富的地帶，且用水量較為合理，故運輸方便，費用較低。根據(jù)上海化學工業(yè)園區(qū)冷卻水量的需要，考慮到本廠主要換熱使用冷卻水提供，可在廠區(qū)單獨設置冷卻水循環(huán)水池，補充水由雨水收集池收集處理后補充?？紤]到丙烷脫氫制丙烯流程耗冷量極大，于是采用了乙烯、丙烯復迭壓縮制冷，很大程度上減少了工藝對公用工程的依賴性，大幅度減少冷凍劑的使用，具有非常好的經(jīng)濟效益，此工程雖需要投資設備費，但是比起長期使用的冷凍工用工程費用就可以說是微乎其微。18.3.3換熱網(wǎng)絡本集成工廠換熱網(wǎng)絡的設計包括丙烷脫氫工段和丙烯環(huán)氧化工段。經(jīng)優(yōu)化后的工藝流程較原先設計的流程雖然增加了一定的復雜性，但是可以節(jié)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。通過對流程流股的深入分析，利用AspenEnergyAnalyzer設計換熱網(wǎng)絡，其主要步驟如下：1.確定流程中需要換熱的冷流股和熱流股；2.利用物流數(shù)據(jù)做出冷熱流股的溫焓圖和總組合曲線圖；3.確定最小傳熱溫差；4.找出夾點及最小冷、熱公用工程用量；5.構建優(yōu)化換熱網(wǎng)絡。我們將所提取的工藝流股輸入Aspenenergyanalyzer中,并對最小傳熱溫差進行經(jīng)濟評估，獲得總費用和溫差的關系曲線圖。圖18.1總費用-最小溫差關系圖從上圖觀察可以發(fā)現(xiàn)，7℃左右，曲線總費用降至最低。因而我們選取最小溫差為7℃進行下一步工作。設定最小溫差后，我們獲得冷熱物流的總組合曲線如下圖圖18.2冷熱物流組合曲圖以下為所得的總組合曲線圖18.3總組合曲線依據(jù)上圖和所要換熱的流股數(shù)據(jù)，我們選取了選取了熱公用工程為：高壓蒸汽、中壓蒸汽，低壓蒸汽。冷公用工程為：冷卻水和冷凍鹽水（-25℃）。選取合理的公用工程可以降低公用總消耗量，從而減少能量浪費。之后通過手動優(yōu)化，通過能量松弛，將不合理換熱器與相鄰換熱合并，減少換熱器數(shù)目。在減少換熱器的同時，去除了一些不必要的分流操作，可以使總費用有所下降，也使得換熱網(wǎng)絡更加便于布置。最終優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡如下圖所示：圖18.4優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡圖18.5優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡數(shù)據(jù)最終我們的總費用指數(shù)為2.861，所需熱公用工程為3.974*109kJ/h，冷公用工程為3.162*109kJ/h，換熱器數(shù)目變?yōu)?9臺。表18.6節(jié)能效果比較流程所需總熱量4.787*109kJ/h公用工程總熱量3.974*109kJ/h節(jié)能16.98%流程所需總冷量3.976*109kJ/h公用工程總冷量3.162*109kJ/h節(jié)能20.47%相比不進行換熱網(wǎng)絡合成的工藝流程，總費用降低約30%。可以說能量回收效果十分明顯。具體換熱網(wǎng)絡設計及換熱器選型詳見換熱網(wǎng)絡設計和工藝設備設計。18.5節(jié)能措施18.5.1節(jié)約冷量和熱量措施18.5.1.1乙烯-丙烯復迭制冷所謂復迭制冷循環(huán)是指乙烯-丙烯聯(lián)合制冷過程，即乙烯冷劑從壓縮機出口，經(jīng)丙烯冷劑冷卻冷凝。復迭制冷系統(tǒng)包括兩個循環(huán)：乙烯循環(huán)和丙烯循環(huán)，這兩個循環(huán)均可被看作是單級制冷系統(tǒng)，每個循環(huán)使用不同的冷劑。圖18.6復迭制冷AspenPlus模擬流程圖使用AspenPlus對復迭制冷系統(tǒng)進行了模擬，得出了乙烯的流量為2.615*106kg/h，丙烯流量為6.718*107kg/h。模擬得到的結果表5.1。表18.7復迭制冷AspenPlus模擬結果壓縮機乙烯丙烯流量/（kg/h）2.615*1066.718*107進口壓力/bar11進口溫度/℃-102.610出口壓力/bar16.2518出口溫度/℃7897壓縮機功率/kW1.7544*1063.5765*106壓縮機效率0.720.72由上表數(shù)據(jù)可知，乙烯-丙烯復迭制冷系統(tǒng)能夠滿足壓縮深冷處理的冷量需求。圖18.7T103、T201、T203塔頂優(yōu)化AspenPlus模擬流程圖同時，為了減少冷公用工程的種類，降低廠區(qū)公用工程的復雜性，我們對T103、T201和T203三座塔的塔頂進行了冷凝器優(yōu)化，以復迭制冷系統(tǒng)代替冷凝器，分別完成冷量供應。具體數(shù)據(jù)見表18.7。表18.8塔頂復迭制冷冷凝優(yōu)化T103塔頂冷凝T201塔頂冷凝T203塔頂冷凝壓縮機乙烯丙烯乙烯丙烯乙烯丙烯流量/（kg/h）173103.721444674.388189.05485.637112485.63進口壓力/bar111111進口溫度/℃-102.610-102.610-102.610出口壓力/bar16.251816.251816.2518出口溫度/℃789778977897壓縮機功率/kW11588.957623625.065912.6825.857.519.04壓縮機效率0.720.720.720.720.720.7218.5.1.2熱泵精餾塔熱泵是在精餾過程中通常采用的一種有效的節(jié)能技術。采用熱泵工藝，不僅可使生產(chǎn)能耗大幅降低，而且可使冷卻介質(zhì)的溫度在生產(chǎn)操作中不再具有決定性的作用。因此，該工藝非常適合丙烯-丙烷這種沸點非常接近的精餾系統(tǒng)。圖18.8丙烯全熱耦合塔“A型熱泵”AspenPlus流程經(jīng)過對熱泵精餾捍衛(wèi)常規(guī)精餾的模擬，我們將熱泵精餾流程與常規(guī)精餾能耗的對比如下：表18.8熱泵精餾與普通精餾能耗對比冷卻能耗/kw加熱能耗/kw熱泵精餾-4.028*1041.555*105常規(guī)精餾-1.773*1051.844*105節(jié)能效果76.27%15.67%熱泵精餾流程與常規(guī)精餾流程的能耗對比如表5.3所示，其中熱泵精餾中的壓縮機電耗為47268.57kW，電能是比熱能更高價值的能量形式，電熱轉換系數(shù)為3.29，故熱泵精餾加熱能耗為155513.59kW。從表中可以看出，使用熱泵精餾雖然將增加部分設備投資費用，但是同時也將大大節(jié)約能耗，綜合考慮，使用熱泵精餾技術可以使本流程更為經(jīng)濟節(jié)能。18.5.1.3預分離工藝在本工藝中水的質(zhì)量分率高達98.3%，而產(chǎn)品丙二醇和丙二醇單甲醚含量卻較低，而水又與丙二醇單甲醚會形成共沸，因此水的流量對于后續(xù)操作各塔的負荷和萃取精餾中萃取劑的用量都有著極大的影響。因此我們決定采用副產(chǎn)物預分離工藝來替代傳統(tǒng)的順序分離工藝，經(jīng)過副產(chǎn)物預分離塔，將剩余產(chǎn)物一分為二:塔頂?shù)玫剿捅紗渭酌训暮惴形铮椎玫降氖墙^大部分的水和丙二醇。之后再通過恒沸精餾和普通精餾分別將丙二醇單甲醚和丙二醇從水中分離。圖18.9副產(chǎn)物預分離工藝流程圖圖18.10傳統(tǒng)副產(chǎn)物順序分離工藝流程通過對兩個工藝的對比分析，并結合設備價格，得到如下結果：表18.9預分離工藝與傳統(tǒng)順序分離工藝能耗對比能耗預分離工藝順序分離工藝節(jié)能效果總加熱費用/kw0.818*1052.373*10565.53%總冷卻負荷/kw1.555*1052.399*10535.18%萃取劑用量/kg/h19538.6574937244.54597.92%由上述對比可知，雖然塔數(shù)量增加使設備費用略有增加，但是從操作費用方面來看，加熱費用、冷卻費用以及萃取劑用量等方面都有了極大的減少，綜上所述，采用預分離工藝可以極大的減少能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。18.5.2節(jié)水節(jié)電措施本項目所用原料為進口丙烷、循環(huán)甲醇等，從源頭上一定程度的實現(xiàn)了節(jié)能減排。為了更大程度的節(jié)約能源，還可以采取如下措施：選用低損耗節(jié)能型變壓器；在電路中設置電容補償裝置減少無功損耗；二次回路控制設備采用節(jié)能型元件；道路照明采用光電開關自動控制，樓梯照明開關選用節(jié)能型聲控開關控制。通過多種節(jié)能措施，本項目的能耗可以進一步降低，從而更好的實現(xiàn)清潔性和經(jīng)濟性。關于節(jié)能技術的具體論述詳見換熱網(wǎng)絡設計第五章和創(chuàng)新性說明。第十九章概算19.1總概算本