化纤生产中制冷机系统配置及节能方案探讨

介绍了制冷机的种类、特点及优化选型配置原则,并以新建化纤生产厂为例,分析了制冷机系统配置及节能方案。常用制冷机分为压缩式和吸收式两大类,压缩式制冷机的能耗较大,有余热或废热利用的化纤生产厂宜采用吸收式制冷机组。在化纤生产中,制冷机系统配置应同时考虑其经济性和节能减排,合理有效地利用余热;在必须使用压缩式制冷机时,需根据制冷量的大小选择制冷机的型号,并考虑负荷的可调节性,优化机组配置,最大限度提高制冷机组的性能系数。     

联产乙烷的天然气提氦工艺研究

为了解决单一的天然气深冷分离提氦工艺中设备能耗大、投资大、效率低的问题，将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合以提高氦体积分数与回收率，同时结合天然气乙烷回收工艺实现冷能的最大化利用，建立了联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺。利用HYSYS软件对联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺与单一的天然气乙烷回收工艺和深冷-膜分离提氦工艺进行流程模拟。模拟结果表明，4种典型乙烷回收工艺中气体过冷工艺的乙烷回收率最高，可达90.13%;将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合后氦体积分数由66.77%提高到了99.6%;联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺可以有效地集成回收和利用冷量，相较天然气深冷-膜分离提氦工艺+部分干气循环工艺，总压缩能耗低23.10%,单位综合能耗低20.46%。     

合成放空气制LNG工艺技术选择

合成氨、甲醇工厂合成装置的放空气中含有CH_4、H_2等具有经济价值的气体,利用深冷分离技术可以回收其中的CH_4和H_2,对企业提高经济效益、减少排放具有重要意义。文中采用ASPEN PLUS化工流程模拟计算软件,对两种不同的合成放空气制取LNG工艺进行模拟,并对两种工艺路线从能耗、投资、操作性等方面进行了分析。结果表明:采用混合制冷工艺制取LNG在能耗上具有优势,采用纯氮气制冷工艺制取LNG在投资上具有优势,分析结果对深冷分离制取LNG的工艺路线选择具有一定的指导意义。     

合成氨厂制冷方式的选择

介绍了氨吸收制冷工艺和压缩制冷工艺,并对两种工艺进行了比较。氨吸收制冷可以回收余热,节省电能;氨压缩制冷设备投资低。     

乙烯低温储存系统汽化气气体处理工艺

随着我国低温储存系统应用的大型化发展,优化乙烯低温储存系统汽化气(BOG)气体处理工艺对降低装置运行能耗、节省投资的作用逐步增大。首先介绍了BOG气体的4种不同压缩制冷循环处理工艺;然后通过压焓图从理论上对其节能原理进行分析;同时根据实际数据对比不同工艺过程的制冷系数和能量消耗;最后总结出二次节流中间冷却工艺更为节能,为优化乙烯低温储存BOG气体处理工艺,实现节能降耗提出了适用性建议。     

空分系统空气压缩余热自利用性能优化研究

为探究大规模空分系统中空压机余热利用的可行方法,提出利用压缩余热驱动有机朗肯-蒸汽压缩制冷耦合循环,所得制冷量用于空压机入口空气冷却,从而提高压缩系统效率,实现空压机余热自利用和压缩过程自增效的目的。以6万空分规模中空压系统的余热回收为例,利用MATLAB对该余热自利用系统进行了热力学建模;进一步,以系统经济性最大化为目标,针对典型湿度地区的运行工况采用萤火虫算法对主要蒸发器换热面积进行优化。结果表明,在入口空气相对湿度为70%和30%时,该多级空压余热自利用系统的节能率分别可达到4.6%和4.2%,回收周期分别为4.4年和5.5年,系统显示出较好的节能效果和较高的经济价值。     

热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺

粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。虽然五塔多效精馏可以降低精馏过程能耗，但仍存在相当的低品位余热未利用，为进一步降低五塔多效精馏工艺的能耗，本研究引入机械蒸汽再压缩式（MVR）热泵，在常压塔提馏段增设辅助再沸器，形成热泵耦合多效甲醇精馏新工艺。基于新工艺的全流程模拟数据，文章利用夹点技术对热泵设置的合理性进行分析，采用能耗、效能系数（COP）和年总成本（TAC）等指标对新工艺过程进行评价。结果表明：热泵耦合多效甲醇精馏新工艺中热泵设置合理，冷负荷为24.7MW，再沸器总热负荷为22.25MW，COP为22.5，相比五塔多效精馏工艺，冷负荷、热负荷以及TAC分别降低33.76%、32.64%和26.97%。热泵耦合多效甲醇精馏新工艺节能效果显著。     

煤制气中甲烷化余热利用集成串级吸收式制冷新工艺

煤制气甲烷化过程中会产生大量的低温余热,这部分热量直接排放到大气,造成较大的能效损失、经济价值损失。将溴化锂吸收式制冷和氨吸收式制冷的串级制冷工艺集成到甲烷化过程中,利用低品位余热制冷,可制得-40℃的冷量用于低温甲醇洗,以替代部分常规的压缩式制冷。这样能大幅降低电耗,提高能效。以40亿立方米/年的煤制天然气为例,该串级吸收式制冷集成甲烷化过程中的低温余热用于低温甲醇洗单元供冷,减少压缩式制冷负荷16.2%,折合节省标煤1.8万吨/年,动态投资回收期1.7年左右。     

低温余热驱动的ORC-VCR系统性能分析

建立低温余热驱动的有机朗肯循环耦合蒸汽压缩制冷循环系统(ORC-VCR)模型,为获取最高总系统制冷系数,在固定冷凝器露点温度及发生器和蒸发器泡点温度的条件下,对6种纯工质(R245fa,R227ea,R600,R600a,R1234yf,R134a)及2种非共沸混合工质(R227ea/R600a,R245fa/R600)的热力循环特性进行分析;同时分析了发生温度、冷凝温度及蒸发温度对子系统工质质量流量比及总系统制冷系数的影响。结果表明:在相同操作条件下,非共沸混合工质的总系统制冷系数优于纯工质。非共沸混合工质在某一组成下,滑移温度和总系统制冷系数均达到最高。在其他温度条件不变时,纯工质及非共沸混合工质的子系统工质质量流量比及总系统制冷系数均会随着发生温度及蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小。     

合成氨装置中制冷方式的选择与优化

分析了合成氨装置中制冷工艺的原理、流程和特点;比较了氨吸收制冷和压缩制冷方式的技术经济指标;提出了降低制冷装置能耗的工艺优化方案和设计改进措施。     

空气分离与天然气液化组合循环

提出了利用空分系统冷量液化天然气的联合流程思想,并介绍了一种采用氮气膨胀循环的空气分离与天然气液化联合方案,在得到液化天然气（LNG）的同时,也生产氮气、氧气等多种产品。通过流程模拟计算并采用有效能分析原理,确定了高、低温膨胀量比对传热温差及有效能损失的影响规律,得到了不同液化量下的优化膨胀量之比。结果表明,基于热负荷总组合曲线的有效能分析原理能够方便、有效地研究整个传热过程的温差分布及有效能损失规律,对实际低温过程系统优化有重要意义。     

基于有机朗肯循环的混合二甲苯MVR热泵精馏工艺

常规机械蒸气再压缩（MVR）热泵精馏分离混合二甲苯工艺,存在压缩机电耗较大及塔顶压缩蒸气的显热未被利用等问题。有机朗肯循环（ORC）发电技术则可以将低温余热转化为电能以供压缩机使用,由此提出了ORC发电技术耦合MVR热泵和带乏汽回热循环（EGC）的ORC发电技术耦合MVR热泵两种精馏工艺应用于本体系的分离研究。以年总费用（TAC）和能耗为分离工艺的评价指标,系统净输出功和循环热效率作为ORC系统的评价指标,对以上两种耦合精馏工艺进行模拟与优化,并与常规MVR热泵精馏工艺进行比较与分析。研究结果表明,ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺和带EGC的ORC发电技术耦合MVR热泵精馏工艺较常规MVR热泵精馏工艺均具有一定的节能和经济优势,可分别减少能耗9.64%和9.89%,节省TAC 3.19%和3.50%。     

冷能利用与CO2分离一体化研究进展

介绍以降低CO2分离能耗为目标的动力系统的研究现状，评述了利用冷能分离CO2是其中的一个新方向。并从以下3个方面进行了综述：利用余热吸收制冷的CO2分离一体化、利用LNG冷能与CO2分离一体化和利用空分冷能与CO2分离一体化。提出了在此基础上发展冷能利用与CO2分离一体化的系统集成方法。     

基于MVR热泵精馏的混合醇热集成分离工艺

机械蒸汽再压缩(MVR)热泵技术是把低品位的蒸汽通过压缩转变为高品位的蒸汽,循环用于热源的供热以减少能耗。而热集成技术则是合理的匹配冷热物流的换热,以提高物流的有效能利用率。鉴于精馏过程的高能耗和低热力学效率,本文以四元混合醇的分离为研究对象,把基于MVR热泵技术的热集成精馏工艺应用于该体系的分离,提出并研究了该体系带热集成与不带热集成各种MVR精馏工艺;以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,采用Aspen Plus 软件对各分离工艺进行模拟与优化,确定各分离工艺的操作参数与设备参数。研究结果表明,与常规顺序分离工艺相比,MVR精馏工艺节约能耗50%以上,节约年总费用约61%。带热集成MVR精馏工艺与不带热集成MVR精馏工艺相比,在能耗和年总费用方面,优势相当,但前者热力学效率提高了约9.5%。     

热泵辅助变压精馏分离碳酸二甲酯/甲醇工艺及系统模拟优化

针对传统变压精馏工艺分离碳酸二甲酯（DMC）/甲醇（MeOH）共沸物存在的高能耗问题,提出了基于热泵辅助的改进变压精馏工艺,并探索了不同热泵方案的可行性和经济性。该研究在ASPEN PLUS模拟平台上进行。首先,设计出传统的热集成变压精馏工艺（H-PSD）,并通过塔总组合曲线分析了传统工艺用能瓶颈和工艺改进方向;然后,提出了4种不同型式的热泵辅助的改进工艺,并通过模拟技术取得不同方案的设计参数;最后,采用组合曲线和经济性分析相结合的方法,比较了不同热泵方案的节能效果和经济性。研究表明,各种热泵方案中,基于中间再沸器的蒸汽再压缩式热泵的节能效果及经济性最好。与传统热集成变压精馏比较,过程能耗降低了24.31%,年均操作费用降低了29.43%,年度总成本可降低12.58%,体现了热泵辅助工艺的良好节能效果和经济性。     

三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。     

热泵精馏在柴油加氢装置与干气提浓装置热联合上的应用分析

将热泵精馏技术推广应用于某炼厂柴油加氢装置和干气提浓装置之间的热联合,采用间接蒸汽压缩法,用热媒水作为中间介质,热媒水取走柴油加氢装置产品分馏塔塔顶气的余热,热媒水汽化并加压提温后,送至干气提浓装置,作为碳四吸收塔和碳四解吸塔再沸器的加热蒸汽。通过运行参数优化,将产品分馏塔塔顶气换热后的温度控制为130℃,蒸汽压缩后的压力为278.4kPa,压缩比为1.43。通过流程优化,创新性地采用双闪蒸罐的流程,避免使用水冷器冷却热媒水,可节省20t/h循环水,并回收0.2t/h蒸汽。采用热泵精馏系统实现两装置间的热联合,可回收柴油加氢装置分馏塔顶气热量6.93MW,节省干气提浓装置蒸汽11.5t/h,年总费用较原系统节省765.2万元,节能效益达50.66%;年总能耗节省4944.0吨标油,节能量达70.93%。