автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Повышение энергетической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена методами энерготехнологического комбинирования

кандидата технических наук
Михайлова, Людмила Валерьяновна
город
Казань
год
2005
специальность ВАК РФ
05.14.04
цена
450 рублей
Диссертация по энергетике на тему «Повышение энергетической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена методами энерготехнологического комбинирования»

Автореферат диссертации по теме "Повышение энергетической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена методами энерготехнологического комбинирования"

На правах рукописи

МИХАЙЛОВА ЛЮДМИЛА ВАЛЕРЬЯНОВНА

Повышение энергетической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена методами энерготехнологического комбинирования

Специальность 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2005 г.

Диссертация выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Казанского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук Назмеев Юрий Гаязович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Николаев Андрей Николаевич

кандидат технических наук Бакаев Марат Робертович

Ведущая организация: Волгоградский государственный

технический университет

Защита состоится « 12 » мая 2005 г. в 15 час. 00 мин. в конференц-зале КазНЦ РАН на заседании диссертационного совета Д022.004.01 при Казанском научном центре Российской академии наук (Исследовательском центре проблем энергетики).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31, а/я 190.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского научного центра Российской академии наук.

Автореферат разослан« 11 » апреля 2005 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д022.004.01,

к.т.н. / Шамсутдинов Э.В.

Мсел

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство низших олефинов по объему вырабатываемой продукции занимает первое место среди производств органического синтеза и при этом является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов, что обусловлено большими удельными расходами топлива и энергии при многостадийной переработке углеводородного сырья, а также увеличением выпуска нефтехимической продукции. Показатели норм расхода энергетических ресурсов ОАО «Казаньоргсинтез» для выработки этилена в 2003 году составили 700 тыс. Гкал/год теплоты в виде водяного пара, 400 тыс. Гкал/год холода, 280 тыс. МВтч/год электроэнергии.

Наиболее топливо- и энергоемким участком теплотехнологической схемы производства низших олефинов, таких как этилен, пропилен, бутен, бутан, бутадиен, является участок пиролиза или термического разложения углеводородного сырья. Энергопотребление рассматриваемой стадии пиролиза при производстве низших олефинов - 200 тыс. Гкал/год теплоты, 95 тыс. Гкал/год холода, 65 тыс, МВт-ч/год электроэнергии. При этом стадия пиролиза углеводородного сырья характеризуется значительным выходом как высоко-, так и низкопотенциальных тепловых, а также горючих вторичных энергетических ресурсов. В настоящее время на мировом рынке наблюдается тенденция роста спроса на этилен и пропилен. В 2003 году общая мощность производства этилена составила 334 тыс. тонн в год. Достигнутая производственная мощность рассматриваемой стадии пиролиза - 78 тыс. тонн в год. Как следствие, наблюдается рост темпов потребления топлива, тепловой, электрической энергии в производстве низших олефинов. В связи с этим возрастает важность задачи совершенствования энергоиспользования и снижения затрат топлива и энергии в рассматриваемом производстве.

В качестве перспективного направления энергосбережения можно назвать организацию систем утилизации образующихся на предприятиях по производству низших олефинов вторичных энергетических ресурсов в рамках энерготехнологических комбинированных систем.

Теплотехнологическая схема пиролиза в производстве низших олефинов включает в себя более ста аппаратов, а все производство этилена - несколько сотен и даже тысяч разнотипного оборудования, которое различается по назначению, конструкции, по структуре включения в технологическую линию с учетом взаимодействия с системами энергообеспечения. Работа каждого аппарата влияет на графики энергопотребления и выхода вторичных ресурсов в той технологической линии, к которой относится данный элемент. Оценить эффективность работы такой системы возможно на. '""ЧЛВ? системного анализа,

МЛЦМОНАЛЬНМ I

«Ш1 I

включающего анализ структуры внутренних и внешних связей рассматриваемого объекта, а также тепловой и термодинамический анализ.

Анализа структуры связей теплотехнологической схемы пиролиза в производстве низших олефинов заключается в выявлении зависимостей между элементами схемы, выделении замкнутых последовательностей элементов и определении оптимальной последовательности ее расчета. Термодинамический анализ, основанный на применении эксергетического метода, позволяет оценить степень термодинамического совершенства системы, выявить потери от необратимости для всей системы и элементов, произвести оценку эффективности элементов в составе системы, определить величину технически работоспособной энергии.

Системный анализ позволяет оценить резервы энергосбережения и выявить оптимальный вариант повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в производстве низших олефинов на базе энерготехнологических комбинированных систем. Энерготехнологическое комбинирование является наиболее перспективным направлением энергосбережения в нефтехимии.

Целью работы является организация системы комплексной утилизации вторичных энергетических ресурсов для теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) на базе комбинированных энерготехнологических систем.

Научная новизна;

1. На основе методов математического моделирования проведен анализ структуры внутренних и внешних связей исследуемого объекта -теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена).

2. В результате проведения системного анализа, декомпозиции и синтеза теплотехнологической схемы получена расчетная модель стадии пиролиза в производстве низших олефинов.

3. Проведен анализ тепловой и термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена).

4. Предложены схемные решения по организации новой системы утилизации вторичных энергетических ресурсов в рамках энерготехнологической комбинированной системы стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена), обеспечивающей выработку технологической продукции и энергоносителей в виде пара, горячей воды и холода требуемых параметров на основе применения пароструйных компрессоров и абсорбционных холодильных машин.

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что разработанные в диссертационной работе положения и реализованные программы могут быть использованы при усовершенствовании уже действующих и проектировании новых теплотехнологических схем нефтехимических производств, в частности, теплотехнологических схем пиролиза в производстве низших олефинов.

Результаты диссертационной работы могут быть рекомендованы к применению при организации энерготехнологических комплексов на предприятиях по производству низших олефинов.

Автор защищает; комплексную методику проведения системного анализа теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена); результаты анализа и оценки тепловой и термодинамической эффективности и разработанную на их основе систему утилизации вторичных энергоресурсов в рамках энерготехнологической комбинированной системы стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена).

Личное участие. Основные результаты работы получены автором лично под руководством член-корр. РАН, д.т.н. Назмеева Ю.Г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях:

1. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, март 2000 г.;

2. Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2-4 октября 2002 г.;

3. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, март 2003 г.;

4. Ш Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники», Киев, Украина, 29 сентября - 4 октября 2003 г.;

5. IV Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования», Казань, 18 -20 декабря 2003 г.;

6. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, 6-8 апреля 2004 г.;

7. IV Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», 28 - 29 сентября 2004 г.;

8. V Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность. Энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2004 г.;

9. Итоговая научная конференция 2004 года Казанского научного центра Российской академии наук, Казань, 8-16 февраля 2005 г.;

10 Одиннадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энерг етика», Москва, 1 — 2 марта 2005 г Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ Объем работы. Диссертация изложена на 170 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения. Работа содержит 23 рисунка и 33 таблиц. Список использованной литературы содержит 157 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор литературных источников, посвященных основным направлениям энергосбережения в нефтехимической промышленности на примере производил ва низших олефинов. Рассмотрено применение системного анализа для оценки совершенства теплотехнологических схем

В результате сделаны следующие выводы 1. Производство низших олефинов - основных продуктов нефтехимии, являющихся исходными веществами для производства полиэтилена, полипропилена, стирола, ацетона, этиленгликоля, поливинилхлорида, характеризуется большими удельными расходами топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Но при этом на предприятиях по производству низших олефинов основные направления использования имеющихся вторичных энергетических ресурсов несовершенны. Современное состояние работ по энергосбережению говорит о необходимости организации новых систем утилизации ВЭР в рамках комбинированных энерготехнологических систем.

2 Для предприятий органического синтеза, в частности, производства этилена и пропилена, бутана, бугена, бутадиена основными направлениями повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на сегодняшний день являются: а) переход на энергосберегающие технологии и конструктивное совершенствование технологических агрегатов и процессов; б) повышение тепловых и термодинамических КПД энергетических установок и энергопотребляющих элементов, в том числе агрегатов - источников побочных энергоресурсов за счет улучшения организации технологических процессов и режимов работы афегатов; в) построение энерготехнологического комплекса и его оптимизация с привлечением методов математического моделирования производственных процессов и систем.

3. Системный анализ теплотехнологической схемы пиролиза в производстве низших олефинов позволяет исследовать структуру внутренних и внешних связей элементов теплотехнологической схемы,

проанализировать эффективность исследуемого объекта по тепловому и термодинамическому критериям; направлен на поиск эффективных решений по организации энерготехнологических комплексов.

Во второй главе представлены основные сведения о характеристиках, свойствах, технологии получения и области применения низших олефинов. Представлена существующая схема наиболее энергоемкой стадии производства низших олефинов - стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена. Рассмотрена структура теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) на заводе «Этилен» ОАО «Казаньоргсинтез». Проектная мощность по этилену этого участка производства составляет 62,4 тыс.т/год, по пропилену - 29,5 тыс.т/год; достигнутая мощность по этилену - 78,0 тыс.т/год, по пропилену - 39,6 тыс.т/год.

В третьей главе приведены результаты анализа структуры внутренних и внешних связей теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена), полученные с помощью прикладной программы, которая позволяет:

1. определять структуру связей между элементами;

2. выделять замкнутые и разомкнутые последовательности элементов или идентифицировать имеющиеся в теплотехнологической схеме контуры, а также потоки и элементы, их образующие;

3. вычислять количество контуров, определять их состав и ранг;

4. определять минимально необходимое количество потоков, условный разрыв которых позволяет выявить оптимальную последовательность расчета и рассчитать многоконтурную теплотехнологическую схему. Анализ структуры внутренних и внешних связей исследуемого объекта произведен с использованием графоаналитического метода. Теплотехнологическая схема пиролиза в производстве низших олефинов представлена в виде графа. Элементы схемы являются вершинами графа, а технологические и энергетические потоки — дугами графа. При помощи матрицы смежности, отображающей построенный граф, выявлены разомкнутые последовательности элементов и контуры (замкнутые последовательности элементов), а также системы контуров. Найдены оптимальные места разрыва контуров.

На основе результатов анализа структуры внутренних и внешних связей исследуемого объекта выбрана последовательность расчета теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена).

В четвертой главе проведены анализ и оценка тепловой и термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и

пропилена) Для проведения анализа осуществлена декомпозиция теплотехнологической схемы пиролиза по слабым связям на отдельные блоки. Полученная схема носит название балансовой теплотехнологической схемы (БТТС). Определены действительные значения тепловой и эксергетической мощности потоков энергии и вещества на входе и выходе элементов БТТС, составлены материальные, тепловые и эксергетические балансы, определены тепловые и эксергетические КПД, выявлены потери теплоты и эксергии для каждого элемента и схемы в целом. Проведен анализ и произведена оценка термодинамической эффективности БТТС, ее элементов, резервов энергосбережения БТТС. Выявлены основные технологические и энергетические потоки, которые могут быть полезно использованы на производстве. Предложены конкретные энергосберегающие мероприятия.

Проведен тепловой и термодинамический анализ для каждого из блоков БТТС или для каждого участка рассматриваемой стадии пиролиза в производстве низших олефинов, который показал, что эксергетический КПД стадии пиролиза составил 46,12% На рис 1, 2 приведены диаграммы потоков эксергии основных участков стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена).

Для оценки совершенства рассматриваемых объектов использованы широко известные критерии эффективности. Это тепловой и эксергетический коэффициенты полезного действия (КПД), рассчитываемые относительно подведенной и относительно переданной теплоты и эксергии. Данные критерии не позволяют определить эффективность использования теплоты и эксергии в системе. Они определяют способность объекта передавать или использовать теплоту или эксергию, но не позволяют оценить, как и в каком количестве используется теплота или эксергия в составе всей системы производства. Поэтому эффективность использования теплоты или эксергии в системе производится при помощи дополнительных критериев эффективности: коэффициента системного использования (КСИ) и коэффициента полезного использования (КПИ).

Коэффициент системного использования эксергии позволяет оценить долю использования в системе подведенной к объекту эксерши:

Рис. 1 Диаграмма потоков эксергии для элементов участка пиролиза углеводородных газов, отмывки пиролизного газа в скрубберах: 3 — печь пиролиза; 4 - котел-утилизатор; 5 - подогреватель; 6 - закалочный аппарат; 7 — дозакалочная камера пенного аппарата; 8 -пенный аппарат, 9 - теплообменный аппарат; 10 - скруббер; 11 - скруббер; г)е - эксергетический КПД элемента, %

#С#(£)--^г---—-> (1)

где - эксергия, подведенная к объекту (затраты); Р" - эксергия,

отведенная из объекта (эффект), по1ери эксергии в объекте, £ -потери эксергии с отведенными из объекта потоками вещества.

Разница между КПД и КСИ показывает потери подведенной к объекту эксергии с отводимыми потоками Эксергия, теряемая с отводимыми из объекта потоками, является вторичным энергоресурсом и может быть использована при организации мероприятий по энергосбережению.

Коэффициент полезного использования (КПИ) позволяет оценить долю полезного использования в сисгеме переданной в объекте эксергии:

У &£"

(2)

где £ Е' ' эксергия, переданная в объекте; £", - только полезно воспринятая в объекте эксергия.

КПИ показывает целесообразность применения рассматриваемого объекта для проведения технологических процессов.

Также проведен анализ тепловой и термодинамической эффективности всей теплотехнологической схемы пиролиза с оценкой эффективности отдельных элементов в составе системы производства

В пятой главе предложена система утилизации ВЭР на базе ЭТКС (энерготехнологической комбинированной системы) стадии пиролиза в производстве низших олефинов (рис. 3).

Синтезируемая ЭТКС предназначена для выработки технологического пара с давлением 0,45 МПа, захоложенной воды с температурой 7°С и покрытия нагрузок на подогрев технологических потоков, отопление и горячее водоснабжение. Основой предлагаемой схемы является утилизационный контур, обеспечивающий непрерывную транспортировку теплоты от источников к потребителям. В теплообменном аппарате 1 осуществляется отвод теплоты от циркуляционной воды скрубберов, за счет чего происходит подогрев воды с 40 до 60°С. Данный теплообменный аппарат заменяет воздушный холодильник, имеющий место в БТТС Далее вода подогревается до 95°С за счет теплоты конденсата, образующегося в данной схеме (аппарат 2). В промежуточной емкости 3 происходит смешение подогретой воды и охлажденного конденсата. Циркуляционная вода прокачивается насосом через теплообменник на дымовых газах 4, где подогревается до 155°С за

Рис 3. Принципиальная схема утилизационной системы ЭТКС стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена). 1,2,4, 8 -12 - теплообменные аппараты, 3, 13 - промежуточные емкости, 5 - сепаратор, 6 - пароструйный компрессор; 7 - абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина

счет теплоты уходящих газов печей пиролиза. Дымовые газы охлаждаются до 150°С и сбрасываются в атмосферу. Горячая циркуляциоггная вода с температурой 155°С используется как источник образования пара вторичного вскипания. Для этого она сбрасывается в сепаратор 5, где кипит с образованием пара вторичного вскипания за счет расширения с давления 0,55 МПа в трубопроводе циркуляционной воды до давления 0,22 МПа в сепараторе 5. Образовавшийся пар вторичного вскипания отсасывается пароструйным компрессором 6, в котором используется энергия расширения пара с ТЭЦ от давления 1,6 МПа до технологического давления 0,6 МПа. Такое решение позволяет полезно использовать энергию расширения, теряемую при вынужденном дросселировании водяного пара. После сепаратора 5 циркуляционная вода с температурой 123°С насосами подается в абсорбционную бромисто-литиевую холодильную машину (АБХМ) 7. В ней вырабатывается захоложенная вода с температурой 7°С. Холод, вырабатываемый в АБХМ, используется для охлаждения циркуляционной воды второго контура скрубберов, а

также для охлаждения пиролизного газа (аппараты 8, 9, 10). Здесь охлаждающая циркуляционная вода заменяет антифриз, поступающий на производство со стороны. После АБХМ циркуляционная вода с температурой 100°С поступает в теплообменник 11, в котором охлаждается до 40°С за счет подогрева сырья от 3 до 80°С. Сырье затем подается на пиролиз в трубчатые печи. Часть воды с температурой 100°С используется для покрытия нагрузок отопления и горячего водоснабжения, а также поступает на стадию химводоочистки. Охлажденные потоки воды 1 собираются в емкости 13, откуда насосом перекачиваются в аппарат 1 для

охлаждения циркуляционной воды первого контура скрубберов.

Организация ЭТКС позволяет, не изменяя технологии, решать задачи по энергообеспечению производства. Эффект от внедрения утилизационной системы ЭТКС комплексный. Применительно к разработанной системе утилизации ВЭР на базе ЭТКС стадии пиролиза достигается тройной эффект. Во-первых, имеет место экономия от замещения части пара с ТЭЦ паром вторичного вскипания за счет использования пароструйного компрессора вместо дросселирования. Во-вторых, экономия антифриза счет использования АБХМ. И в-третьих, экономия за счет снижения затрат на отопление, горячее водоснабжение и подогрев технологических потоков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе методов математического моделирования проведен анализ структуры внутренних и внешних связей исследуемого объекта -теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена). Реализована прикладная программа, позволяющая идентифицировать имеющиеся в теплотехнологической схеме контуры, а также потоки и элементы, их образующие, определять минимально необходимое количество потоков, условный разрыв которых позволяет рассчитать всю многоконтурную теплотехнологическую схему. . 2. В результате проведения системного анализа произведены

декомпозиция и синтез теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена), выявлена оптимальная последовательность расчета и получена расчетная модель теплотехнологической схемы пиролиза

3. Проведен анализ тепловой и термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза. Определены критерии эффективности КСИ и КПИ. Произведена оценка уровня полезного использования подведенной и переданной эксергии в отдельных

элементах, блоках и БТТС в составе системы производства. При расходе сырья (пропан-бутановой и этановой фракций) в количестве 34,538 т/ч к БТТС стадии пиролиза подводится 49,291 МВт (100%) эксергии. Из-за термодинамического несовершенства процессов теряется 18,604 МВт. В элементах БТТС передается 32,602 МВт (100%) эксергии, из которых воспринимается 15,036 МВт (51,9%).

4. Выполнена оценка термодинамической эффективности основных элементов БТТС стадии пиролиза. По количеству переданной эксергии первое место занимают печи пиролиза (69,06 %), второе - подогреватели сырья и топлива (7,12 %), третье - котлы-утилизаторы (6,88 %), затем следуют скрубберы. Произведена оценка термодинамической эффективности элементов БТТС по балансу КПИ(Е). Выявлены элементы, в которых происходят потери из-за неэффективного использования воспринятой эксергии (теплообменники скрубберов).

5. Полученные результаты позволяют оценить резервы энергосбережения в теплотехнологической схеме пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена). В результате анализа эффективности теплотехнологической схемы пиролиза по тепловому и термодинамическому критериям выявлен ряд технологических и энергетических потоков, эксергия которых может быть использована на предприятии. Особое внимание следует уделить потокам парового конденсата, метано-водородной фракции, паров углеводородов, водяного пара и потокам дымовых газов печей пиролиза. По уровню тепловой мощности выделяются низкотемпературные потоки ВЭР с оборотной водой. Наибольшей эксер1ет и ческой мощностью характеризуются потоки вырабатываемого в котлах-утилизаторах водяною пара, потоки дымовых газов и парового конденсата.

6. В результате проведения термодинамического анализа определены возможные направления использования имеющихся на предприятии резервов энергосбережения.

7. Разработана новая система утилизации вторичных энергоресурсов на базе энерготехнологической комбинированной системы стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена). Проведена термодинамическая оценка эффективности утилизационной системы ЭТКС Использование переданной эксергии - 67,46% Полезное использование переданной в утилизационной системе ЭТКС эксергии по балансу КПИ(Е) - 66,46%.

8. В результате включения утилизационной системы в рамках ЭТКС стадии пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) получены следующие результаты:

а) коэффициент полезного использования теплоты в БТТС стадии ииролиза после включения УС ЭТКС увеличился с 73,58% до 86,94%, коэффициент полезного использования эксергии с 43,82% до 52,43%;

б) потери генловой и жсергетической мощности с отводимыми потоками энергии и вещества уменьшились; утилизирована большая часть ранее теряемой теплоты. Утилизированная теплота использована для получения водяного пара, охлаждения технологической воды с t=12°C до t-7°C, для охлаждения пиролизного газа, циркуляционной воды скрубберов, подогрева сырья, а также для покрытия нагрузок на отопление и горячее водоснабжение.

в) возможная экономия условного топлива составила 3,68 1ыс. т у.т./год или 2 млн. 100 тыс. руб.

9. Реализована программа для расчета основных характеристик пароструйного компрессора.

10. Проведен расчет АБХМ, используемой в УС ЭТКС стадии пиролиза в производстве низших олефинов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Михайлова Л.В. Энерготехнологическое комбинирование высокотемпературных установок // Аспиран1ско-ма1 истерский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. - Казань, 2000.

2. Сосунова Л.В. Создание эффективных энерготехнологических комплексов производств в нефтехимической промышленности // Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (2-4 октября 2002 г).: Тез. докл. - Казань, 2002.

3. Сосунова Л.В. Повышение эффективности энергоиспользования в производстве этилена // Аспирантско-магжперский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. - Казань, 2003.

4. Сосунова Л В Повышение эффективности процессов нефтехимических производств за счет утилизации тепловых вторичных энергетических ресурсов // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. - Казань, 2003.

5. Сосунова Л.В. Разработка системы комплексной утилизации ВЭР в производстве этилена. «Промышленная теплотехника» - 2003, № 4, Т. 25. -С. 201 -202.

6. Сосунова Л.В , Назмеев Ю.Г. Утилизация вторичных энергетических ресурсов в процессе пиролиза и компримирования производства этилена и пропилена // IV Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность и

энергосбережение в современных условиях хозяйствования» (18 - 20 декабря 2003 г.): Материалы конф. - Казань, 2003.

7. Сосунова Л.В. Исследование структурной зависимости элементов теплотехнологической схемы получения этилена и пропилена // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ (6-8 апреля 2004 г.): Тез. докл. - Казань, 2003.

8. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А., Сосунова Л.В. Определение оптимальной последовательности расчета комбинированной энерготехнологической системы стадии дегидрирования изоамиленов в изопрен в производстве изопрена. Изв. Вузов. «Проблемы энергетики». -2003, № 9 - 10.

9. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А., Сосунова Л.В. Построение математической модели комбинированной энерготехнологической системы стадии дегидрирования изоамиленов в изопрен. Изв. Вузов. «Проблемы энергетики». - 2003, № 11 - 12, С. 27 — 38.

10.Сосунова Л.В. Структурный анализ теплотехнологической схемы процесса пиролиза и компримирования в производстве этилена и пропилена // IV Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена ' и гидродинамики в энергомашиностроении» (28 - 29 сентября 2004 г.): Материалы конф. -Казань, 2004.

11.Сосунова Л.В., Валиев Р.Н. Структурно-термодинамический анализ на примере производства этилена как способ определения возможных направлений экономии тепловых энергоресурсов // V Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность. Энергосбережение» (1-3 декабря 2004 г.): Материалы конф. - Казань, 2004.

12. Сосунова Л.В., Назмеев Ю.Г. Системный анализ и оценка эффективности теплотехнологических схем промышленных предприятий // Одиннадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (1-2 марта 2005 г.): Тез. докл.. - Москва, 2005.

Центр инновационных технологий Россия, РТ, г. Казань, ул. К.Фукса, д. 11/6

Подписано в печать //. ^.О.Б'формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л.'/, 0 Тираж 100 экз.

Отпечатано в Центре инновационных технологий Россия, РТ, 420111, г. Казань, ул. К.Фукса, 11/6 Лиц. ПЛ №0173 от 26.10.99. Тел. 38-97-56

¿-6 8

РНБ Русский фонд

2006-4 4791

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Михайлова, Людмила Валерьяновна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ состояния вопроса.

1.1. Повышение эффективности энергоиспользования в совместном производстве этилена и пропилена.

1.2. Анализ структуры внутренних и внешних связей теплотехнологических схем.

1.3. Исследование термодинамического совершенства промышленных и энергетических систем.

1.4. Выводы.

Глава 2. Теплотехнологическая схема пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

2.1. Основные сведения о свойствах низших олефинов, технологии пиролиза.

2.2. Характеристика стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

Глава 3. Анализ структуры связей теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Блок-схема программы для проведения анализа структуры внутренних и внешних связей теплотехнологических схем.

3.3. Результаты проведения анализа структуры связей теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

3.4 Выводы.

Глава 4. Тепловой и термодинамический анализ и оценка эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Методика проведения теплового и термодинамического анализа и расчета тепловой и термодинамической эффективности.

4.3. Информационная часть термодинамического анализа.

4.4. Оценка тепловой и термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

4.5. Анализ результатов расчета термодинамической эффективности.

4.6. Выводы.

Глава 5. Организация системы утилизации ВЭР на базе энерготехнологической комбинированной системы стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Структура комбинированного использования ВЭР для теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

5.3 Использование пароструйных компрессоров в утилизационной системе на базе ЭТКС.

5.4 Расчет абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины в утилизационной системе на базе ЭТКС.

5.5. Оценка эффективности разработанного энерготехнологического комплекса для стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

5.6. Выводы.

Введение 2005 год, диссертация по энергетике, Михайлова, Людмила Валерьяновна

Актуальность темы

Предприятия нефтехимической отрасли относятся к числу наиболее крупных потребителей топливно-энергетических ресурсов. На предприятиях нефтехимии ежегодно расходуется около 30 млн. т. условного топлива и 650 млн. ГДж теплоты. По уровню потребления тепловой энергии она занимает первое место, по затратам натурального топлива - пятое место, по затратам электрической энергии — третье место среди других отраслей промышленности.

Одним из крупнейших предприятий нефтехимической промышленности Татарстана и России, производящим ежегодно более 1 млн. тонн химической продукции, является Акционерное общество «Казаньоргсинтез». ОАО «Казаньоргсинтез» сохраняет лидирующее положение в России среди производителей полиэтилена низкого и высокого давления (ПВД и ПНД) и является его крупнейшим экспортером. Удельный вес ПВД и ПНД в товарной продукции предприятия составляет 60%. Исходным сырьем для производства полиэтилена служит этилен - один из целевых продуктов олефинового производства, осуществляемого на первом в технологической цепочке ОАО «Казаньоргсинтез» заводе «Этилен». Наиболее топливо- и энергоемким участком теплотехнологической схемы производства низших олефинов, таких как этилен, пропилен, бутен, бутан, бутадиен, и ряда ароматических углеводородов, является участок пиролиза или термического разложения углеводородного сырья. Показатели норм расхода энергетических ресурсов ОАО «Казаньоргсинтез» для выработки этилена в 2003 году составили 700 тыс. Гкал/год теплоты в виде водяного пара, 400 тыс. Гкал/год холода, 280 тыс. МВт-ч/год электроэнергии. Энергопотребление рассматриваемой стадии пиролиза одной из технологических линий при производстве низших олефинов - 200 тыс. Гкал/год теплоты, 95 тыс. Гкал/год холода, 65 тыс. МВт-ч/год электроэнергии. Кроме того, стадия пиролиза углеводородного сырья характеризуется значительным выходом тепловых высокопотенциальных, тепловых низкопотенциальных и горючих вторичных энергетических ресурсов.

В последнее время на мировом рынке наблюдается тенденция роста спроса на этилен и пропилен. На ОАО «Казаньоргсинтез» в 2003 году общая мощность производства этилена составила 334 тыс. тонн в год. Достигнутая производственная мощность по этилену рассматриваемой стадии пиролиза составила 78 тыс. тонн в год, по пропилену - 39,6 тыс. тонн в год. Рост объемов производства этилена по сравнению с предыдущим годом - 11,3%. Кроме того, в результате осуществляемой модернизации и расширения производства планируется увеличить выпуск этилена с 334 тыс. тонн до 600 тыс. тонн в год и нарастить производство полиэтилена различных марок до 700 тыс. тонн в год. Реконструкция завода «Этилен» позволит вывести "Казаньоргсинтез" в лидеры этиленового рынка стран СНГ. Как следствие, наблюдается рост темпов потребления топлива, тепловой и электрической энергии в производстве низших олефинов. В данных условиях проблема повышения эффективности использования всех видов энергии в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) становится все более актуальной.

При значительной энергоемкости теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена нужно отметить недостаточно эффективное использование образующихся на предприятии вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). В производстве этилена и ряда других продуктов олефинового производства теряется значительное количество теплоты уходящих из печей пиролиза дымовых газов, продуктовых потоков, охлаждающей воды. К вторичным энергоресурсам рассматриваемого производства также можно отнести теплоту продуктов реакции (пирогаза, паров верхнего продукта колонн), теплоту образующегося конденсата, теплоту, отводимую в системах принудительного охлаждения (теплоту циркуляционной воды скрубберов).

Наиболее перспективным направлением энергосбережения в нефтехимической промышленности на сегодняшний день считается создание энерготехнологических комплексов, в которых топливно-энергетические ресурсы используются с наибольшей эффективностью [1-5]. Применение принципов энерготехнологического комбинирования стало обязательным условием проектирования новых нефтехимических производств. На действующих предприятиях по производству низших олефинов, где уже сформировалась своя теплотехнологическая структура, принцип энерготехнологического комбинирования в полной мере реализован быть не может, но возможно его частичное использование через организацию систем утилизации неиспользуемых на предприятии вторичных энергоресурсов на базе энерготехнологических комбинированных систем.

Теплотехнологические схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) представляют собой сложные объединения, состоящие из множества различных взаимозависимых элементов, различающихся по назначению, конструкции, по структуре включения в технологическую линию с учетом взаимодействия с системами энергообеспечения. Работа каждого аппарата влияет на графики энергопотребления и выхода вторичных ресурсов в той технологической линии, к которой относится данный элемент. Оценить эффективность работы такой системы возможно на основе системного анализа теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена), включающего анализ структуры внутренних и внешних связей рассматриваемого объекта, а также тепловой и термодинамический анализ.

Анализа структуры связей теплотехнологической схемы пиролиза в производстве этилена и пропилена заключается в выявлении зависимостей между элементами схемы, выделении замкнутых последовательностей элементов и определении оптимальной последовательности ее расчета. Термодинамический анализ, основанный на применении эксергетического метода, позволяет оценить степень термодинамического совершенства исследуемой системы, выявить потери от необратимости для всей системы и элементов, произвести оценку эффективности элементов в составе системы, определить величину технически работоспособной энергии.

Системный анализ позволяет оценить резервы энергосбережения и выявить оптимальный вариант повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в теплотехнологической схеме пиролиза при производстве этилена и пропилена.

Следовательно, целью работы является организация системы комплексной утилизации вторичных энергетических ресурсов для теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве низших олефинов (этилена и пропилена) на базе комбинированных энерготехнологических систем.

Научная новизна состоит в следующем:

1. На основе методов математического моделирования проведен анализ структуры внутренних и внешних связей исследуемого объекта -теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

2. В результате проведения системного анализа, декомпозиции и синтеза теплотехнологической схемы исследуемого объекта получена расчетная модель теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

3. Проведен анализ тепловой и термодинамической эффективности рассматриваемой теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

4. Предложены принципиальные схемные решения по организации новой системы утилизации вторичных энергетических ресурсов в рамках энерготехнологической комбинированной системы стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена, обеспечивающей выработку технологической продукции и энергоносителей в виде пара промышленных параметров, горячей воды и холода требуемых параметров на основе применения пароструйных компрессоров и абсорбционных холодильных машин.

Достоверность

Достоверность представленных положений, предложенных решений обеспечивается применением современных методов структурного и термодинамического анализа, фундаментальных законов технической термодинамики, гидрогазодинамики, теплообмена, апробированных методик расчета теплообменного оборудования, оборудования нефтехимических производств, пароструйных компрессоров, абсорбционных холодильных машин, технологического комбинированных систем по отпуску технологической и энергетической продукции. Полученные результаты подтверждаются результатами натурного эксперимента, проводимого с применением установленного на предприятии контрольно-измерительного оборудования, прошедшего государственные испытания и аттестацию.

Практическая ценность

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что разработанные в диссертационной работе положения и реализованные программы могут быть использованы при проектировании новых и усовершенствовании уже действующих теплотехнологических схем нефтехимических производств, в частности, теплотехнологических схем пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена. Результаты диссертационной работы могут быть рекомендованы к применению при организации энерготехнологических комплексов на предприятиях нефтехимической промышленности.

Личное участие

Основные результаты работы получены автором лично под руководством член-корр. РАН, д.т.н. Назмеева Ю.Г.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях:

1. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, март 2000 г.;

2. Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2-4 октября 2002 г.;

3. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, март 2003 г.;

4. III Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники», Киев, Украина, 29 сентября - 4 октября 2003 г.;

5. IV Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования», Казань, 18 - 20 декабря 2003 г.;

6. Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ, Казань, 6-8 апреля 2004 г.;

7. IV Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», 28 - 29 сентября 2004 г.;

8. V Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность. Энергосбережение», Казань, 1-3 декабря 2004 г.;

9. Итоговая научная конференция 2004 года Казанского научного центра Российской академии наук, Казань, 8-16 февраля 2005 г.;

10. Одиннадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 1-2 марта 2005 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Заключение диссертация на тему "Повышение энергетической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена методами энерготехнологического комбинирования"

4.6. Выводы

1. В соответствии с методикой проведения термодинамического анализа произведена оценка тепловой и термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена. Определены критерии эффективности КСИ и КПИ. Критерии позволяют определить и оценить в системе производства уровень потребления подведенной в объекте эксергии и уровень полезного использования переданной эксергии.

2. Составлены тепловой и эксергетический балансы БТТС стадии пиролиза в производстве этилена и пропилена. Определены потери и термодинамическая эффективность отдельных элементов, блоков и БТТС в составе системы производства. При расходе сырья (пропан-бутановой и этановой фракций) в количестве 34,538 т/ч к БТТС стадии пиролиза подводится 49,291 МВт (100%) эксергии. Из-за термодинамического несовершенства процессов теряется 18,604 МВт. В элементах БТТС передается 32,602 МВт (100%) эксергии, из которых воспринимается 15,036 МВт (51,9%).

3. Выполнена оценка термодинамической эффективности основных элементов БТТС стадии пиролиза по балансу КПД(Е)4'2. По количеству переданной эксергии первое место занимают печи пиролиза (69,06 %), второе - подогреватели сырья и топлива (7,12 %), третье - котлы-утилизаторы (6,88 %), затем следуют скрубберы.

4. Выполнена оценка термодинамической эффективности основных элементов БТТС стадии пиролиза по балансу КПИ(Е). Выявлены элементы, в которых происходят потери из-за неэффективного использования воспринятой эксергии. Первое место по потерям эксергии занимают трубчатые печи пиролиза. Затем подогреватели сырья и топлива, скрубберы, котлы-утилизаторы.

5. Полученные результаты позволяют оценить резервы энергосбережения в теплотехнологической схеме пиролиза при совместном производстве этилена и пропилена. В результате проведения анализа и оценки термодинамической эффективности теплотехнологической схемы пиролиза выявлены следующие основные технологические и энергетические потоки, эксергия которых может быть использована на предприятии (см. рис. 4.3): а) потоки воздуха «60»; б) потоки антифриза «80», «140», «169» и «187»; в) потоки хладоагента «198» и «237»; г) потоки оборотной воды «36», «103», «107», «117», «120», «125», «131», «134», «163», «166», «174», «180», «183», «217», «242», «252» и «264, потоки подсмольной воды «108». Особое внимание следует уделить потокам парового конденсата «10», метано-водородной фракции «223», паров углеводородов «104», водяного пара «24», «212» и потокам дымовых газов печей пиролиза «25».

6. В результате проведения термодинамического анализа выявлены потоки, которые могут быть полезно использованы на производстве. К вторичным энергетическим ресурсам (ВЭР), образующимся при производстве этилена и пропилена, можно отнести теплоту уходящих из печи пиролиза дымовых газов, неиспользуемую теплоту продуктов реакции (пирогаза, паров верхнего продукта колонн), теплоту образующегося конденсата, теплоту, отводимую в системах принудительного охлаждения (теплоту циркуляционной воды из пенных аппаратов, промывателей, т.е. скрубберов), метано-водородную фракцию (МВФ) (горючие ВЭР). МВФ можно использовать в качестве топлива в печи этого же производства. Значительными потерями в рассматриваемом производстве, как и вообще на предприятиях нефтехимии, являются потери теплоты с уходящими газами промышленных печей. Основными способами утилизации теплоты уходящих газов является применение теплоиспользующих установок для подогрева воды или воздуха, сырья, а также паровых котлов-утилизаторов и газотурбинных установок, встроенных в запечный тракт. Пар, получаемый в КУ, можно использовать для разбавления сырья или для выработки в турбинах электроэнергии и пара более низкого давления, или для подогрева технологических потоков. Включение в схему процесса абсорбционных трансформаторов теплоты, утилизирующих теплоту дымовых газов, приводит к выработке холода требуемых параметров, необходимого на стадии выделения тяжелых углеводородов из пирогаза. Котлы-утилизаторы могут быть установлены также с целью получения пара или подогрева воды за счет использования теплоты пирогаза. Возможно применение теплообменных аппаратов на термосифонах. Утилизация теплоты паров верхнего продукта колонн осуществляется в кипятильниках для подогрева кубовой жидкости колонн (ТНУ). Теплота циркуляционной воды может быть утилизирована с целью подогрева технологических потоков или использована на нужды отопления и горячего водоснабжения (аппараты мгновенного вскипания). Также возможно заменить схему дросселирования пара на схему с установкой пароструйных компрессоров и использованием пара вторичного вскипания. Теплоту парового конденсата возможно использовать для выработки холода в абсорбционных холодильных машинах, для подогрева технологических потоков, сырья, а также использовать на нужды отопления, горячего водоснабжения. Комплексное внедрение вышеперечисленных мероприятий позволит повысить эффективность теплоиспользования в технологической схеме совместного производства этилена и пропилена.

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ВЭР НА БАЗЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СТАДИИ ПИРОЛИЗА В СОВМЕСТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭТИЛЕНА И ПРОПИЛЕНА

5.1. Постановка задачи

При разработке утилизационной системы в рамках энерготехнологической комбинированной системы (ЭТКС) ставились следующие задачи:

1. На основе принципов энерготехнологического комбинирования разработать систему комплексной утилизации, использующую ВЭР теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

2. Оценить тепловую и термодинамическую эффективность теплотехнологической схемы стадии пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена с учетом разработанной утилизационной системы ЭТКС.

Возможно несколько вариантов организации систем утилизации вторичных энергетических ресурсов в рамках ЭТКС. Так, к вторичным энергоресурсам, образующимся в процессе пиролиза при производстве этилена и пропилена, относят теплоту уходящих из печи пиролиза дымовых газов, неиспользуемую теплоту продуктов реакции (пирогаза, паров верхнего продукта колонн), теплоту образующегося конденсата, теплоту, отводимую в системах принудительного охлаждения (теплоту циркуляционной воды из пенных аппаратов, промывателей, т.е. скрубберов), метано-водородную фракцию (МВФ). МВФ можно использовать в качестве топлива в печи этого же производства. Наиболее значительными потерями на предприятиях нефтехимии являются потери теплоты с уходящими газами промышленных печей. Основными способами утилизации теплоты уходящих газов является применение теплоиспользующих установок для подогрева воды или воздуха, сырья, а также паровых котлов-утилизаторов и газотурбинных установок, встроенных в запечный тракт. Пар, получаемый в КУ, можно использовать для разбавления сырья или для выработки в турбинах электроэнергии и пара более низкого давления, или для подогрева технологических потоков. Включение в схему процесса абсорбционных трансформаторов теплоты, утилизирующих теплоту дымовых газов, приводит к выработке холода требуемых параметров, необходимого на стадии выделения тяжелых углеводородов из пирогаза. Котлы-утилизаторы могут быть установлены также с целью получения пара или подогрева воды за счет использования теплоты пирогаза. Возможно применение теплообменных аппаратов на термосифонах. Утилизация теплоты паров верхнего продукта колонн осуществляется в кипятильниках для подогрева кубовой жидкости колонн (ТНУ). Теплота циркуляционной воды может быть утилизирована с целью подогрева технологических потоков или использована на нужды отопления и горячего водоснабжения (аппараты мгновенного вскипания). Также возможно заменить схему дросселирования пара на схему с установкой пароструйных компрессоров и использованием пара вторичного вскипания. Теплоту парового конденсата возможно использовать для выработки холода в абсорбционных холодильных машинах, для подогрева технологических потоков, сырья, а также использовать на нужды отопления, горячего водоснабжения.

В результате проведения всестороннего системного анализа теплотехнологической схемы пиролиза, включающего исследование структуры внутренних и внешних связей схемы, а также оценку эффективности энергопотребления на предприятии, получены результаты, позволяющие оценить резервы энергосбережения. В частности, выявлено, эксергия каких основных технологических и энергетических потоков может быть использована на предприятии (см. рис. 4.3): а) потоки воздуха «60»; б) потоки антифриза «80», «140», «169» и «187»; в) потоки хладоагента «198» и «237»; г) потоки оборотной воды «36», «103», «107», «117», «120», «125», «131», «134», «163», «166», «174», «180», «183», «217», «242», «252» и «264, потоки подсмольной воды «108». Особую ценность имеют потоки парового конденсата «10», водяного пара «24», «212» и потоки дымовых газов печей пиролиза «25». Также произведена оценка потребления топливно-энергетических ресурсов на предприятии. Выявлены элементы, в которых имеют место значительные потери из-за неэффективного использования воспринятой эксергии. Первое место по потерям эксергии занимают трубчатые печи пиролиза. Затем подогреватели сырья и топлива, скрубберы. Комплексная утилизация выявленных резервов энергосбережения позволит получить дополнительное количество энергетических ресурсов, используемых на предприятии, что приведет к уменьшению потерь в элементах схемы и повысит эффективность энергоиспользования в теплотехнологической схеме пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена.

5.2. Структура комбинированного использования ВЭР для теплотехнологической схемы пиролиза в совместном производстве этилена и пропилена

Теплотехнологическая схема утилизационной системы ЭТКС представлена на рис. 5.1. Обозначения элементов схемы приведены в табл. 5.1. Синтезируемая ЭТКС предназначена для выработки технологического пара с давлением 0,6 МПа, захоложенной воды с температурой 7°С и покрытия нагрузок на подогрев технологических потоков, отопление и горячее водоснабжение. Основой предлагаемой схемы является утилизационный контур, обеспечивающий непрерывную транспортировку теплоты от источников к потребителям.

Рис. 5.1. Теплотехнологическая схема утилизационной системы ЭТКС

В теплообменном аппарате 1 осуществляется отвод теплоты от циркуляционной воды скрубберов, за счет чего происходит подогрев воды с 40 до 60°С. Данный теплообменный аппарат заменяет воздушный холодильник, имеющий место в БТТС. Далее вода подогревается до 95°С за

Библиография Михайлова, Людмила Валерьяновна, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Костерин Ю.В. Экономия теплоты в , энергоемких отраслях промышленности. -М. : ЦНИИТЭнефтехим, 1995. - 156 с.

2. Костерин Ю.В. Вторичные топливно-энергетические ресурсы и их использование в нефтеперерабатываюш.ей и нефтехимической промышленности. -М. : ЦНРШТЭнефтехим, 1975. - 104 с.

3. Симонов В.Ф. Повышение эффективности энергоиспользования в нефтехимических производствах. - М.: Химия, 1985. - 240 с.

4. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. - М.: Издательство МЭИ, 2001.-364 с.

5. Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов на химических предприятиях / В.Г.Григоров, В.К.Нейман, Д.Чураков и др.; под ред. В.Г.Григорова - М: Химия, 1987. - 240 с.

6. Друскин Л.И. Эффективное использование природного газа в промышленных установках. - М.: Энергоатомиздат, 1992.-132 с.

7. Белоусов В,Н., Копытов Ю.В. Пути экономии энергоресурсов в народном хозяйстве. -М.: Энергоатомиздат, 1986. - 128 с.

8. Пиоро И.Л. и др. Эффективные теплообменники с двухфазными термосифонами / Пиоро И.Л., Антоненко В.А., Пиоро Л.С. - Киев: Наук. думка, 1991.-248 с.

9. Пиоро Л.С, Калашников А.Ю., Пиоро И.Л. Применение двухфазных термосифонов в промышленности // Промышленная энергетика -1987.-№б.-С.16-20.

10. Энергосбережение в промышленности: Межвуз. сб. науч. тр. Макаров А.Н. (ред.). Тверь: Изд-во ТГТУ. 1999, 135 с. И.Степанов B.C., Степанова Т.Б. Потенциал и резервы энергосбережения в промышленности. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990, - 248 с.

11. Костерин Ю.В. Экономия энергоресурсов на крупнотоннажных установках производства аммиака и этилена. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1994. -108 с.

12. Создание малоотходных технологий и совершенствование утилизационного оборудования: Сб. научн. трудов / Под. ред. Дыхно А.Ю. — М.: ВНИПИэнергопром, 1988. - 181 с.

13. Хараз Д.И., Добровольский А.А. К вопросу эффективного использования вторичных энергетических ресурсов в химической промышленности. - М.: НИИТЭхим, 1974. - 40 с.

15. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов/ А.П.Егоричев, В.Г.Лисиенко, Е.Розин, Я.М.Щелоков; - М.: Металлургия, 1990. - 149 с.

16. Пути интенсификации нефтехимических производств за счет использования вторичных энергоресурсов / В.Л.Клименко, Л.В.Нащекина, Н.Иванова и др.; под ред. В.Л.Клименко.-М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988. - 51 с,

17. Ермолов Г.М., Костерин Ю.В. Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1983.-84 с.

18. Виноградов Ю.В., Малахов Б.М., Комиссаренко В.Н., Попов А.В., Псахис Б.И. Использование вторичных энергоресурсов производства серной кислоты // Промышленная энергетика. - 1983. - № 2. - 4-6

19. Шайхутдинов А.А. Совершенствование теплотехнологических схем производства высоковязких полимерных материалов: Дис. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 1996. - 192 с.

20. Михайлова Л.В. Энерготехнологическое комбинирование высокотемпературных установок // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. — Казань, 2000.

21. Сосунова Л.В. Повышение эффективности энергоиспользования в производстве этилена // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. - Казань, 2003.

22. Сосунова Л.В. Повышение эффективности процессов нефтехимических производств за счет утилизации тепловых вторичных энергетических ресурсов // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ: Тез. докл. - Казань, 2003.

23. Сосунова Л.В. Исследование структурной зависимости элементов теплотехнологическои схемы получения этилена и пропилена // Аспирантско-магистерский научный семинар КГЭУ ( 6 - 8 апреля 2004 г.): Тез. докл. - Казань, 2003.

24. Плотников В.В., Вачагина Е.К. Структурный анализ теплотехнологическои схемы окисления изопропилбензола до гидроперекиси изопропилбензола. // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики, 2002, № 9 - 10.

25. Бадылькес И.С., Данилов Р.Л. Абсорбционные холодильные машины. - М.: Пищевая промышленность, 1966. - 356 с.

26. Холодильные машины / Под обп.;.ред А.В. Быкова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 224 с.

27. Дзино А.А., Тимофеевский Л.С, Ковалевич Д.А. Синтез термодинамических циклов одноступенчатой абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины // Холодильная техника. - 1992. - № 6. - 9-12.

28. Холодильные машины / под общей редакцией Л.С. Тимофеевского. - Спб.: Политехника, 1997. - 992 с.

29. Шмуйлов Н.Г. Абсорбционные бромистолитиевые холодильные и теплнасосные машины. Обзорная информация. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983,-42 с.

30. Рей Д., Майкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 1982.-224 с.

31. Быков А.В. и др. Холодильные машины и тепловые насосы (Повышение эффективности) / А.В. Быков, А.С. Калнинь, А.С. Краузе. - М.: Агропромиздат, 1988. - 287 с.

32. Розенфельд Л.М., Быков А.В, Калнинь И.М,, Шмуйлов Н.Г. Перспективы применения абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин для повышения эффективности теплофикации. Теплоэнергетика, 1974 - № 11-С.43-36.

33. Орехов И.И. Абсорбционные преобразователи теплоты/ И.И. Орехов, Л.С. Тимофеевский, С В . Караван. - Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1989.-130 с.

34. Хараз Д.И., Халдей К.З. Использование вторичных энергоресурсов для получения искусственного холода. - М.: НИИТЭхим, 1977. - 30 с.

35. Заторский А.А., Шмуйлов Н.Г. Уравнения для определения термодинамичесюгх свойств водного раствора LiBr // Холодильная техника. -1986. - № 4. - 42-43.

36. Шмуйлов Н.Г., Махлис Л.С. Применение абсорбционных водоаммиачных холодильных установок для комплексного хладотеплоснабжения мясокомбинатов // Холодильная техника. - 1989. - № 19. - 20-23

37. Морозюк Т.В. Методы эксергоэкономики в оптимизации абсорбционных термотрансформаторов. //Промышленная теплотехника. 2000. 22, № 4, с. 15-19.

38. Верба О.Н., Груздев В.А. Термодинамические св-ва и диаграммы водных растворов LiBr // Холодильная техника. - 1986. - № 3. - 44-46.

39. Литовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982. - 144 с.

40. Schiefelbein Kai. Neue Entwicklungen bei Lufl/Wasser- Heizungswarmepumpen.// Ki Luft- und Kaltentechnik. 2000. 36, №9, c.418-423.

41. Васильев Л.Л., Киселев В.Г., Матвеев Ю.Н., Молодкин Ф.Ф. Теплообменники-утилизаторы на тепловых трубах / Под ред. Л.И. Колыхана - Минск.: Наука и техника, 1987. - 200 с.

42. Сорокин В.П. и др. Технологические основы тепловых труб / Сорокин В.П., М.Н. Ивановский М.Н., Чулков Б.А. - М.: Атомиздат, 1980. -160 с.

43. Чи Тепловые трубы: теория и практика: Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1981. - 2 0 8 с.

44. Костерин Ю.В., Рожкова Л.П. Повышение эффективности использования теплоты парового конденсата в промышленности. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-56 с.

45. Огуречников Л.А., Попов А.В. Использование сбросного низкопотенциального тепла вторичных энергоресурсов в парокомпрессионных тепловых насосах систем теплоснабжения // Промышленная энергетика. - 1994. - № 9. - 7-10

46. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. - М.: Энергия, 1978. - 416 с.

47. Нечипуренко М. И. и др. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях / Нечипуренко М. И., Попков С М . , Майнагалиев М. -Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1990. - 515 с.

48. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы, - М.: Мир, 1984. - 455 с.

49. Шатихин Л.Г. Структурные матрицы и их применение для исследования систем. - М.: Машиностроение, 1991. - 253 с.

50. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир, 1981.-323 с.

51. Блох А.Ш. Граф - схемы и их применение. - Минск: Вышэйшая школа, 1975. - 304 с.

52. Методы математического моделирования и оптимизации теплоэнергетических установок / Под ред. Г. Б. Левенталя и Л.С. Попырина. -М.: Наука, 1972.-224 с.

53. Попырин Л.С. и др. Автоматизация математического моделирования и оптимизация теплоэнергетических установок / Попырин Л.С., Самусев В.И., Эпельштейн В.Л. - М.: Наука, 1981. - 204 с.

54. Островский Г.М., Бережинский Т.А. Оптимизация химико- технологических процессов. Теория и практика. - М.: Химия, 1984. - 239 с.

55. Островский Г.М., Волин Ю.Н. Методы оптимизации сложных химико- технологических систем.- М.: Химия, 1970.-228 с.

56. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1985. - 448 с.

57. Кафаров В.В., Ветохин В.Н. Основы автоматизированного проектирования химических производств. - М.: Наука, 1987. - 624 с.

58. Кафаров В.В., Мешалкин В.Г. Анализ и синтез химико- технологических систем. - М.: Химия, 1991. - 432 с.

59. Кафаров В.В. и др. Принципы математического моделирования химико-технологических систем / Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П.. - М.: Химия, 1974. - 344 с.

60. Кроу К., Гамилец А. Математическое моделирование химических производств: Пер. с англ. - М.: Мир, 1973, 391 с.

61. Левенталь Г.Б., Попырин Л.С. Оптимизация теплоэнергетических установок. -М.: Энергия, 1970. - 352 с.

62. Вукович Л.К., Никульшин В.Р. Эксерго-топологическое моделирование сложных систем теплообменников // Промышленная теплотехника, 1980.- №2.- 53-59.

63. Валиев Р.Н. Структурный анализ теплотехнологической схемы процесса дегидрирования изоамиленов. // Промышленная энергетика, 1998.-№11.-0.44-47.

64. Андреев Л.П. Обобщенное уравнение связи КПД энергоиспользующей системы и КПД ее элементов // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1982.- №3.- 77-82.

65. Андреев Л.П., Костенко Г.Н. Эксергетические характеристики эффективности теплообменных аппаратов // Изв. вузов. Сер. энергетика, 1965.-№3.-С. 53-60.

66. Андреев Л.П., Никульшин В.Р., Рабе Ф.Х. Алгоритм определения энергетических характеристик ТЭС // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1988.-№10.- 60-65.

67. Андреева И.А., Семенова Т.А., Лейтес И.Л. Эксергетическая оптимизация процесса двухступенчатой конверсии оксида углерода в современных агрегатах производства аммиака. / Химическая промыпшенность, 1987.- №8.- 457-459.

68. Андрющенко А. И. Техническая работоспособность термодинамических систем. - Саратов: Изд-во Саратов, автодорож. ин-та, 1956.-68 с.

69. Андрющенко А. И. и др. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС / Андрющенко А. И,, Понятов В. А., Змачинский А. В.- М.: Высш. шк., 1974. - 280 с.

70. Андрющенко А.И. Эксергетические КПД систем преобразования энергии и взаимосвязь между ними / Изв. Вузов. Сер. Энергетика, 1991.- № 3.-С. 3-10.

71. Андрющенко А.И., Понятов В.А., Хлебалин Ю.Н. Дифференциальные уравнения энтальпии, эксергии и температуры, применяемые для оптимизации теплоэнергетических установок // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1972.- №7.- 59-66.

72. Чеджне Ф., Флорес В.Ф., Ордонес Дж, К., Ботеро Е.А. Эксергоэкономический анализ систем. //Теплоэнергетика. 2001, №1, с. 74-79.

73. Семенов B.C. К энергетическому методу. // Энергосбережение и водоподготовка 2000, №4, с. 1-136. 1 ил. 1 табл.

74. Качегин А.Ф. Энергосбережение и автоматизация в ОАО «Волжский оргсинтез». //Химия и рынок. 2000, №1, с. 49-50.

75. Британ И.М., Лейтес И.Л. Эксергетический анализ технологических схем мембранного разделения газовых смесей // Химическая промышленность, 1987.-№8.-С. 14-18.

76. Степанов B.C., Степанова Т.Б. Система показателей для оценки эффективности использования энергии.// Промышленная энергетика. 2000, №1, с. 2-5.

77. Бродянский В. М. Термодинамический анализ низкотемпературных процессов: Конспект лекций. - М.: Изд-во МЭИ, 1966. - 123 с.

78. Бродянский В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа. - М.: Энергия, 1973. - 296 с.

79. Бродянский В. М. Энергетика и экономика комплексного разделения воздуха. -М.: Металлургия, 1966. - 67 с.

80. Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288 с.

81. Бродянский В.М., Верхивкер Г.П., Карчев Я.Я. и др. / Под редакцией Долинского А.А., Бродянского В.М. АН УССР Институт технической теплофизики. Эксергетические расчеты технических систем: Справочное пособие. - Киев: Наук. Думка, 1991. - 360 с.

82. Бродянский В.М., Сорин М.В. О моделях окружаюш;ей среды для расчета химической эксергии // Теорет. основы хим. технологии. - 1984. -Т.18.-№6.-С.816-824.

83. Бродянский В.М., Сорин М.В. Принципы определения КПД технических систем преобразования энергии и вещества // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1985.- №1.- 60-65.

84. Tekin Taner, Bayramoglu Mahmut Exergy and structural analysis of raw juice production and steam-power units of a sugar production plant. // Energy: An International Journal. 2001. 26, №3, с 287-297.

85. Ertesvag Ivar S., Mielnik Michal Exergy analysis of the Norwegian society.// Energy: An International Journal. 2000. 25, №10, с 957-973.

86. Saidi M.H., Allaf Yazdi M.R. Exergy model of a vortex tube system with experimental results./ZEnergy. 1999. №7, с 625 - 632.

87. Верхивкер Г.П. О термодинамическом сопоставлении и анализе схем энерготехнологических установок // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1986.-№11.-С. 90-93.

88. Гохштейн Д. П., Верхивкер Г. П. Анализ тепловых схем атомных электростанций. - Киев: Вища шк., 1977. - 240 с.

89. Калинина Е.И. Основные положения обобщенной методики оценки технико-экономических показателей многоцелевых установок // Химическая промышленность, 1987.- №8.- 5-9.

90. Калинина Е.И., Бродянский В.М. Основные положения методики термоэкономического анализа комплексных процессов // Изв. Вузов. Сер. Энергетика, 1973.- №12.- 57-64.

91. Катенев Г.М., Калинин Н.В., Давыдов А.Б. Термодинамический анализ криогенного рефрижератора малой мопщости с эжекторно-турбодетандерным агрегатом // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1976.- №9.- 77-83.

92. Лейтес И. Л. и др. Теория и практика химической энерготехнологии/ Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Семенов В.П. - М.: Химия, 1988. - 280 с.

93. Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Энтин В.М. Эксергетический анализ процесса конверсии метана // Химическая промышленность, 1987.- №11.- 688-693.

94. Мартыновский B.C. Анализ действительных термодинамических циклов.- М.: Энергия, 1972.-216 с.

95. Назмеев Ю.Г., Бригаднова А. Анализ термодинамической эффективности производства магнитных лент на ПО "Тасма": Тез. докл. итоговой научной конференции профессорско-преподавательского состава. -Казань: КФ МЭИ, 1995.-120 с.

96. Назмеев Ю.Г., Гатауллин B.C. ,Конахина И.А. Термодинамический анализ производства синтетического изопренового каучука // Промышленная энергетика. - 1995. - № 2. - 34-36.

97. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Термодинамический анализ производства синтетического изопренового каучука // Промышленная энергетика. - 1996. - № 4. - 39- 42.

98. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А., Осипов Г.Т., Колин А., Валиев Р.Н. Анализ эффективности энергоиспользования в производстве синтетического изопренового каучука / Промышленная теплоэнергетика, 1999г.- №12. - 22-25.

99. Назмеев Ю.Г., Муслимов Р.А., Конахина И.А. Термодинамический анализ производства синтетического изопренового каучука // Промышленная энергетика. - 1995. - № 4. - 35-37.

100. Назмеев Ю.Г., Шайхутдинов А.А. Повышение теплоэнергетической эффективности производства сухого пленочного фоторезиста/ТПромышленная энергетика. - 1992.- № 8-9. - 28-29.

101. Ноздренко Г.В. Использование эксергетической функции при математическом моделировании теплоэнергетических установок // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1976, №10, с. 139-143.

102. Ноздренко Г.В. Использование эксергетической функции при математическом моделировании теплоэнергетических установок // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1976, №10, с. 139-143.

103. Пророков А.Е., Вент Д.П., Трифонов А.Д. Эксергетический анализ производства слабой азотной кислоты для целей создания энергосберегаюпщх САУ: Тез. докл. 5 всесоюз. науч. конф. СХТС-5. -Казань: КХТИ, 1988. - 45.

104. Сажин Б.С., Булеков А.П. Эксергетический метод в химической технологии. - М.: Химия, 1992. - 208 с.

105. Семенюк Л.Г. Термодинамическая эффективность теплообменников // Инж.-физ. жур., 1990. Т. 59, № 6, с. 935-942.

106. Сидельковский Л.Н., Фальков Э.Я. Эксергетические балансы огнетехнических процессов -МЭИ, 1967, 55 с.

107. Сорин М.В., Бродянский В.М. Зависимость КПД систем преобразования энергии и вещества от КПД составляющих ее элементов // Изв. Ак. Наук СССР. Сер. Энергетика и транспорт, 1990, № 4, с. 75-83.

108. Сорин М.В., Бродянский В.М. Методика однозначного определения эксергетического КПД технических систем преобразования энергии и вещества // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1985.- №3.- 78-87.

109. Сорин М.В., Бродянский В.М. Применение обобщенной зависимости КПД системы от КПД ее элементов // Изв. Акад. Наук СССР. Сер. Энергетика и транспорт, 1990.- №6.- 82-89.

110. Сорин М.В., Бродянский В.М., Лейтес И.Л. Выбор оптимальной структуры теплообменных систем химических производств // Химическая промышленность, 1987.- №8.- 18-23,

111. Сорин М.В., Синявский Ю.В., Бродянский В.М. Термодинамические принципы и алгоритм структурно-вариантной оптимизации энерготехнологических систем / Химическая промышленность, 1983.- №8.- 4-7.

112. Степанов B.C. Химическая энергия и эксергия веществ. - Новосибирск: Наука,- 1985.- 195 с.

113. Степанов B.C. Анализ энергетического совершенства технологических процессов. -Новосибирск: Наука. Сиб. отделение.- 1984.-272 с,

114. Степанов B.C. Химическая энергия и эксергия веществ. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Наука.- 1990.- 163 с.

115. Шаргут Я., Петела Р, Эксергия. - М,: Энергия.- 1968. - 280 с.

116. Баталии 0,Е. и др. Физико-химические свойства продуктов производства изопрена/ Баталии О.Е., Блажин Ю.М., Вагина Л.К., Васильев И.А., Минаева Т.М., Огородников С,К., Рубинштейн Э.И. Тимофеев Г.А.. -М,: ЦНИИТЭнефтехим,- 1974, - 62 с,

117. Башкатов Т,В., Жигалин Я.Л. Технология синтетических каучуков. - М.: Химия.- 1980. - 336 с.

118. Кирпичников П.А. и др. Химия и технология синтетического каучука / Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. -Л.: Химия, 1987. - 424 с.

119. Кирпичников П.А. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетических каучуков / Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М.- Л.: Химия, 1986. - 224 с.

120. Кирпичников П.А. и др. Синтетический изопреновый каучук: молекулярная структура, переработка, свойства / П.А. Кирпичников, Н. Вольфсон, М.Г. Карп. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - 80 с.

121. Тюряев И.Я. Теоретические основы получения бутадиена и изопрена методом дегидрирования. - Киев.: Наукова думка, 1973.- 271 с.

122. Черный И.Р. Производство мономеров и сырья для нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1973. - 264с.

123. Соколов Е. Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 352с.

124. Щукин В.К., Калмыков И.И. Газоструйные компрессоры. - М.: Машгиз, 1963.-207с.

125. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных производств.М.: Химия, 1982.

126. Сальников А.Х,, Шевченко Л.А. Нормирование потребления и экономия топливно - энергетических ресурсов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

127. Федеральный закон «Об энергосбережении» // Промышленная энергетика. 1997. № 8. 4 - 7.

128. Методические указания по разработке и анализу энергетических балансов предприятий нефтеперерабатываюш;ей промышленности. М.: ВНИПинфть, 1982.

129. Методика определения выхода и экономической эффективности использования побочных (вторичных) энергетических ресурсов / ГКНТ СМ СССР, АН СССР, Госплан СССР. М., 1972.