年產(chǎn)18萬噸丙烯-54萬噸環(huán)氧丙烷項(xiàng)目-初步設(shè)計(jì)說明書

年產(chǎn)18萬噸丙烯-54萬噸環(huán)氧丙烷項(xiàng)目-初步設(shè)計(jì)說明書第十八章能耗計(jì)算與節(jié)能分析18.1計(jì)算依據(jù)《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50441-2007《化工工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定》HG/T20688-200018.2項(xiàng)目能耗計(jì)算18.2.1綜合能耗根據(jù)《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，裝置能耗計(jì)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(hào)類別單位能源折算值（kg標(biāo)準(zhǔn)油）備注1電kW*h0.2620.5MPa級(jí)蒸汽T660.3~0.6Mpa31.6MPa級(jí)蒸汽T801.2~2Mpa44.0MPa級(jí)蒸汽T883~4.5Mpa5循環(huán)冷卻水t0.106冷卻鹽水t0.0347燃?xì)鈓30.868氮?dú)鈓30.15耗能體系的能耗按下式計(jì)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(shí)計(jì)為正值，輸出時(shí)計(jì)為負(fù)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(jì)算表序號(hào)類別消耗量能源折算值（kg標(biāo)準(zhǔn)油）能耗1電5768.05度/h0.261499.702低壓蒸汽（0.5MPa級(jí)蒸汽）69.30t/h664573.83中壓蒸汽（1.6MPa級(jí)蒸汽）208.19t/h8016655.24高壓蒸汽（4.0MPa級(jí)蒸汽）14.86t/h881307.685循環(huán)冷卻水33427.83/h0.010334.2786燃?xì)庀?67.30m3/h0.86487.8787冷凍鹽水21711.110.034738.178總計(jì)25596.714故該工程的綜合能耗為：18.2.2每噸產(chǎn)品能耗及計(jì)算表材料名稱單價(jià)（元/噸）消耗量（萬噸/年）總費(fèi)用（萬元/年）標(biāo)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?xì)庀?.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(biāo)煤用量（萬噸/萬噸）138357.614單位能耗按下式計(jì)算：式中，ep——單位能耗（kg/t）；GP——耗能體系的進(jìn)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(xiàng)目國內(nèi)先進(jìn)水平國際先進(jìn)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(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)國內(nèi)先進(jìn)水平，但距國際先進(jìn)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(shí)期企業(yè)單位綜合能源消費(fèi)量與工業(yè)總產(chǎn)值的比例。是反映企業(yè)能源經(jīng)濟(jì)效益高低的綜合指標(biāo)。其單位通常以"噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元"表示。計(jì)算公式如下：萬元產(chǎn)值綜合能耗=綜合能源消費(fèi)量（噸標(biāo)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(shí)期內(nèi)生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品按實(shí)際銷售價(jià)格計(jì)算的價(jià)值量。包括生產(chǎn)的成品價(jià)值、對(duì)外加工費(fèi)收入、自制半成品在制品期末期初差額價(jià)值三部分，數(shù)據(jù)取自各企業(yè)財(cái)務(wù)報(bào)表。根據(jù)計(jì)算工業(yè)總產(chǎn)值的價(jià)格不同，工業(yè)總產(chǎn)值又分為工業(yè)總產(chǎn)值（現(xiàn)價(jià)）和工業(yè)總產(chǎn)值（可比價(jià)），工業(yè)總產(chǎn)值（可比價(jià)）是指在計(jì)算不同時(shí)期工業(yè)總產(chǎn)值時(shí)，對(duì)同一產(chǎn)品采用同一時(shí)期的工業(yè)產(chǎn)品出廠價(jià)格作為可比價(jià)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：表18.4萬元產(chǎn)值綜合能耗計(jì)算表序號(hào)類別單位能源折算值數(shù)值（標(biāo)煤/萬t）消耗量（萬噸/年）標(biāo)準(zhǔn)油/kg標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jì)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(jì)算如下：萬元產(chǎn)值綜合能耗=綜合能源消費(fèi)量（萬噸標(biāo)煤）/工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）=1387.98/667444=20.79噸標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目廠區(qū)位于上海漕涇的上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)(SCIP)。項(xiàng)目公用工程充分依托化工區(qū)的公用工程和配套設(shè)施，發(fā)揮上?；瘜W(xué)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(yīng)、電信、氮?dú)夂透呒儦錃?、公路和鐵路，海運(yùn)碼頭和內(nèi)河碼頭、消防、急救等服務(wù)依托上海化工區(qū)。上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)的開發(fā)建設(shè)引入了世界級(jí)大型化工區(qū)的"一體化"先進(jìn)理念，通過對(duì)區(qū)內(nèi)產(chǎn)品項(xiàng)目、公用輔助、物流傳輸、環(huán)境保護(hù)和管理服務(wù)的整合，為進(jìn)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(xué)、日本三井化學(xué)等跨國公司以及法國蘇伊士集團(tuán)、荷蘭孚寶、法國液化空氣集團(tuán)、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(yù)計(jì)到2015年，招商引資累計(jì)達(dá)到270億美元，固定資產(chǎn)投資累計(jì)完成1300億元，年銷售收入1300-1500億元，當(dāng)年各類稅收70億元?；^(qū)的建設(shè)目標(biāo)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(xué)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(qū)車至現(xiàn)場僅需45分鐘;化工區(qū)內(nèi)設(shè)專用鐵路支線與全長113公里的浦東鐵路(奉賢-浦東機(jī)場-張廟)相連;通過疏浚后的內(nèi)河航運(yùn)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(yùn)碼頭以外，與洋山深水港(1000萬標(biāo)準(zhǔn)集裝箱)僅55公里;化工區(qū)距浦東國際機(jī)場和虹橋國際機(jī)場均約50公里。化工區(qū)快捷的"水陸空"運(yùn)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(yùn)輸服務(wù)。充分實(shí)現(xiàn)了能源供應(yīng)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(yùn)輸方便，費(fèi)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(tuán)（36%），申能股份有限公司（30%），上?；瘜W(xué)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(shè)的熱電聯(lián)供項(xiàng)目，總投資28.1億人民幣。2003年1月開工建設(shè)，快速啟動(dòng)鍋爐2004年7月啟用。第一套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)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(shí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電：2套9F級(jí)30萬千瓦/臺(tái)發(fā)電機(jī)、330噸/臺(tái)蒸汽鍋爐都已投用3臺(tái)110噸/小時(shí)應(yīng)急快速啟動(dòng)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?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電機(jī)組及應(yīng)急鍋爐蒸汽供應(yīng)，未來規(guī)劃依托漕涇電廠發(fā)電機(jī)組副產(chǎn)蒸汽滿足規(guī)劃項(xiàng)目蒸汽需求。煉化一體化項(xiàng)目將采用潔凈煤發(fā)電供熱技術(shù)。根據(jù)上海化學(xué)工業(yè)園區(qū)所需熱負(fù)荷的需要，考慮到本項(xiàng)目所需熱負(fù)荷大部分為中低壓蒸汽負(fù)荷，按照“以熱定電”的原則，為提高整個(gè)園區(qū)的供熱效率及經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，在各園區(qū)內(nèi)分別規(guī)劃建設(shè)自備熱電站，熱電站建設(shè)分期進(jìn)行，并留有擴(kuò)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(fèi)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(shí)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(yīng)。蒸汽管線采用沿地上工業(yè)管廊架設(shè)，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?zé)犭姀S進(jìn)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(yùn)輸方便，費(fèi)用較低。根據(jù)上?；瘜W(xué)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(dú)設(shè)置冷卻水循環(huán)水池，補(bǔ)充水由雨水收集池收集處理后補(bǔ)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(fù)迭壓縮制冷，很大程度上減少了工藝對(duì)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(jì)效益，此工程雖需要投資設(shè)備費(fèi)，但是比起長期使用的冷凍工用工程費(fèi)用就可以說是微乎其微。18.3.3換熱網(wǎng)絡(luò)本集成工廠換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的流程雖然增加了一定的復(fù)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(duì)流程流股的深入分析，利用AspenEnergyAnalyzer設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)，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(diǎn)及最小冷、熱公用工程用量；5.構(gòu)建優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。我們將所提取的工藝流股輸入Aspenenergyanalyzer中,并對(duì)最小傳熱溫差進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估，獲得總費(fèi)用和溫差的關(guān)系曲線圖。圖18.1總費(fèi)用-最小溫差關(guān)系圖從上圖觀察可以發(fā)現(xiàn)，7℃左右，曲線總費(fèi)用降至最低。因而我們選取最小溫差為7℃進(jìn)行下一步工作。設(shè)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(fèi)。之后通過手動(dòng)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(shí)，去除了一些不必要的分流操作，可以使總費(fèi)用有所下降，也使得換熱網(wǎng)絡(luò)更加便于布置。最終優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)如下圖所示：圖18.4優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)圖18.5優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)最終我們的總費(fèi)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(tái)。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(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)合成的工藝流程，總費(fèi)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(luò)設(shè)計(jì)及換熱器選型詳見換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)備設(shè)計(jì)。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(fù)迭制冷所謂復(fù)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(jī)出口，經(jīng)丙烯冷劑冷卻冷凝。復(fù)迭制冷系統(tǒng)包括兩個(gè)循環(huán)：乙烯循環(huán)和丙烯循環(huán)，這兩個(gè)循環(huán)均可被看作是單級(jí)制冷系統(tǒng)，每個(gè)循環(huán)使用不同的冷劑。圖18.6復(fù)迭制冷AspenPlus模擬流程圖使用AspenPlus對(duì)復(fù)迭制冷系統(tǒng)進(jìn)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(jié)果表5.1。表18.7復(fù)迭制冷AspenPlus模擬結(jié)果壓縮機(jī)乙烯丙烯流量/（kg/h）2.615*1066.718*107進(jìn)口壓力/bar11進(jìn)口溫度/℃-102.610出口壓力/bar16.2518出口溫度/℃7897壓縮機(jī)功率/kW1.7544*1063.5765*106壓縮機(jī)效率0.720.72由上表數(shù)據(jù)可知，乙烯-丙烯復(fù)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(shí)，為了減少冷公用工程的種類，降低廠區(qū)公用工程的復(fù)雜性，我們對(duì)T103、T201和T203三座塔的塔頂進(jìn)行了冷凝器優(yōu)化，以復(fù)迭制冷系統(tǒng)代替冷凝器，分別完成冷量供應(yīng)。具體數(shù)據(jù)見表18.7。表18.8塔頂復(fù)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(jī)乙烯丙烯乙烯丙烯乙烯丙烯流量/（kg/h）173103.721444674.388189.05485.637112485.63進(jìn)口壓力/bar111111進(jìn)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(jī)功率/kW11588.957623625.065912.6825.857.519.04壓縮機(jī)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(shù)。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(diǎn)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(duì)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(duì)比如下：表18.8熱泵精餾與普通精餾能耗對(duì)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(duì)比如表5.3所示，其中熱泵精餾中的壓縮機(jī)電耗為47268.57kW，電能是比熱能更高價(jià)值的能量形式，電熱轉(zhuǎn)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(shè)備投資費(fèi)用，但是同時(shí)也將大大節(jié)約能耗，綜合考慮，使用熱泵精餾技術(shù)可以使本流程更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能。18.5.1.3預(yù)分離工藝在本工藝中水的質(zhì)量分率高達(dá)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(huì)形成共沸，因此水的流量對(duì)于后續(xù)操作各塔的負(fù)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(yù)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(yù)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?，塔底得到的是絕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(yù)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(duì)兩個(gè)工藝的對(duì)比分析，并結(jié)合設(shè)備價(jià)格，得到如下結(jié)果：表18.9預(yù)分離工藝與傳統(tǒng)順序分離工藝能耗對(duì)比能耗預(yù)分離工藝順序分離工藝節(jié)能效果總加熱費(fèi)用/kw0.818*1052.373*10565.53%總冷卻負(fù)荷/kw1.555*1052.399*10535.18%萃取劑用量/kg/h19538.6574937244.54597.92%由上述對(duì)比可知，雖然塔數(shù)量增加使設(shè)備費(fèi)用略有增加，但是從操作費(fèi)用方面來看，加熱費(fèi)用、冷卻費(fèi)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(yù)分離工藝可以極大的減少能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。18.5.2節(jié)水節(jié)電措施本項(xiàng)目所用原料為進(jìn)口丙烷、循環(huán)甲醇等，從源頭上一定程度的實(shí)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(shè)置電容補(bǔ)償裝置減少無功損耗；二次回路控制設(shè)備采用節(jié)能型元件；道路照明采用光電開關(guān)自動(dòng)控制，樓梯照明開關(guān)選用節(jié)能型聲控開關(guān)控制。通過多種節(jié)能措施，本項(xiàng)目的能耗可以進(jìn)一步降低，從而更好的實(shí)現(xiàn)清潔性和經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于節(jié)能技術(shù)的具體論述詳見換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)第五章和創(chuàng)新性說明。第十九章概算19.1總概算本