氯乙烯装置的节能研究

论文摘要

针对现有平衡氧氯化法生产氯乙烯装置能量消耗较高的情况,研究如何通过热集成手段改造氯乙烯装置以降低其能耗,具有重大的现实意义。本文围绕这一主题,基于某工程实例,开展了氯乙烯装置的节能研究。在全流程模拟基础上,通过对氯乙烯装置各换热设备能耗的分析发现,能耗主要发生在精馏塔冷凝器和再沸器上。于是采用塔系之间以及塔与过程之间的热集成方案。提出了不改变装置的操作参数(方案一)和改变装置的操作参数(方案二)两个节能方案。在方案一中,利用反应热为EDC回收塔DA304塔底再沸器供热并预热裂解炉进料,用EDC急冷塔DA401塔底循环物料给VC2#塔DA503再沸器供热。需要新增3台换热器。计算结果表明,采用本方案年节省费用为454.0万元。在方案二中,减少VC1#塔DA502的回流比,节省高压蒸汽。提高EDC2#塔DA303的塔压,获得了高品位的热量,充分利用这部分高品位热量,为EDC1#塔DA302、脱水塔DA301、EDC回收塔DA304以及HCl塔DA501再沸器供热。需要新增7台换热器。计算结果表明,本方案年节省费用为2566.0万元。应用夹点技术对氯乙烯装置的节能改造方案一和方案二进行了诊断,结果表明:方案一符合夹点匹配的准则,虽然还有进一步节能潜力,但其热物流温位低,冷物流温位高,不允许有更大的节能空间。方案二存在违背夹点规则的情况。虽然方案二大大利用了余热,但是换热器跨越夹点以及夹点之上的冷凝器必然导致氯乙烯装置能耗的增加。通过对方案二的调优处理,得到了节能方案三。方案三采用与方案二相同的操作参数,利用EDC2#塔DA303塔顶高品位热量,作为EDC1#塔DA302,脱水塔DA301以及HCl塔DA501的再沸器热源,并利用剩余的高品位热量为裂解炉进料预热。同时,利用直接氯化反应的反应热为EDC回收塔DA304的再沸器供热。在方案二的基础上新增1台换热器。计算结果表明,本方案年节省费用为2661.9万元。通过对三个方案的比较得出,方案三为最终的节能方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 过程系统工程
• 1.1.1 过程系统综合
• 1.1.2 过程系统能量集成
• 1.2 换热网络的研究
• 1.2.1 换热网络的最优合成
• 1.2.2 换热网络的改造
• 1.3 氯乙烯工艺的研究进展
• 1.3.1 氯乙烯的生产工艺
• 1.3.2 氯乙烯装置的节能研究
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 氯乙烯装置的全流程模拟
• 2.1 氯乙烯装置工艺流程简述
• 2.1.1 直接氯化单元
• 2.1.2 氧氯化单元
• 2.1.3 EDC 精制单元
• 2.1.4 EDC 裂解单元
• 2.1.5 VCM 净化单元
• 2.2 氯乙烯装置工艺流程的流程模拟
• 2.2.1 物性方法的选择
• 2.2.2 主要单元模块的选择
• 2.2.3 流股断裂和收敛方法的选择
• 2.3 模拟值与设计数据的比较
• 2.4 本章小结
• 3 基于模拟的节能研究
• 3.1 基于模拟的分析
• 3.1.1 热集成方法的选择
• 3.1.2 热集成的依据
• 3.2 氯乙烯装置的节能方案的研究
• 3.2.1 不改变操作参数的情况下，氯乙烯装置的节能研究（方案一）
• 3.2.2 改变操作参数的情况下，氯乙烯装置的节能研究（方案二）
• 3.3 目标函数的建立与计算
• 3.3.1 目标函数的建立与计算方法
• 3.3.2 目标函数的计算结果
• 3.4 本章小结
• 4 应用夹点技术的氯乙烯装置的节能研究
• 4.1 基础数据的提取
• 4.1.1 物流的选取
• 4.1.2 参数的确定
• 4.2 夹点的确定
• 4.2.1 复合曲线法
• 4.2.2 问题表格法
• 4.3 夹点分析法设计换热网络
• 4.3.1 设计换热网络的准则
• 4.3.2 换热网络的设计步骤
• 4.4 应用夹点技术的节能方案的研究
• 4.4.1 方案一的换热网络的研究
• 4.4.2 方案二的换热网络的研究
• 4.4.3 对方案二换热网络的改造（方案三）
• 4.4.4 最终方案的确定
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果