Интеграция тепловых процессов в технологиях переработки попутного нефтяного газа Докладчик: А. Светов г. Геленджик, Сентябрь 2011 г. СОДЕРЖАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ. ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПНГ ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ НА ПРИМЕРЕ МАУ НИЖНЕВАРТОВСКОГО ГПК 2 ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ В газопереработке и нефтехимии основными потребителями энергии являются технологические процессы получения товарной продукции. При этом, используются следующие энергоресурсы: - электроэнергия для приводов напорного оборудования; - тепловая энергия, необходимая для процессов разделения (нагрев кубовых продуктов колонн); - топливный газ, предназначенный для нагрева технологических потоков в трубчатых печах; - холодные утилиты (воздушное, водяное охлаждение; холодильные циклы), необходимые для охлаждения технологических потоков. Электроэнергия Топливный газ Тепловая энергия Технологический процесс Холодные утилиты (отвод тепл. энергии) 3 ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ Большинство производственных объектов переработки ПНГ характеризуются высокой (в сравнении с западными показателями) энергоемкостью выпускаемой продукции (по разным данным в 1,5…3 раза) . Одними из причин являются: • отсутствием систем мониторинга за использованием энергоресурсов; • использованием преимущественно морально устаревшего и, как следствие, низкоэффективного оборудования; • устаревшие технологические решения и подходы к проектированию производственных процессов. Следствиями высоких энергозатрат являются: вредное воздействие на экологию и высокая себестоимость выпускаемой продукции. 4 СОДЕРЖАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ. ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПНГ ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ НА ПРИМЕРЕ МАУ НИЖНЕВАРТОВСКОГО ГПК 5 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ Основными направлениями снижения потребления энергоресурсов является оптимизация технологических процессов за счет: • применения эффективного основного технологического оборудования и систем контроля • использования современных технологических решений • интеграции тепловых процессов 6 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ мин. расход тепла ПИНЧ точка ТЕМПЕРАТУРА Интеграция тепловых процессов: - пинч-анализ технологических схем и определение минимального объема энергоресурсов, необходимого для протекания технологического процесса мин. расход холода возможность рекуперации тепла ЭНТАЛЬПИЯ - оптимизация теплообменной сети с целью обеспечения минимального энергопотребления, определенного в рамках пинч-анализа - рациональное размещение источников энергоснабжения и оптимизация стоимости теплообменной сети. 7 СОДЕРЖАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ. ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПНГ ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБОТКЕ ПНГ НА ПРИМЕРЕ МАУ НИЖНЕВАРТОВСКОГО ГПК 8 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ МАУ-3, МАУ-4 –установки, предназначенные для переработки ПНГ в СОГ и ШФЛУ, методом низкотемпературной абсорбции. Принципиальная технологическая схема МАУ Сбросной газ в топливную сеть ВХ Пропан-х/а ПрХ СОГ Е ПрХ ШФЛУ К-502 ВХ АОК ПНГ Е ПрХ К-503 Десорбер Н К-501 абсорбер П Регенерированный этиленгликоль И Р Насыщенный ЭГ ВХ Е Н Н Горячие источники энергии (утилиты) – прямой нагрев абсорбента в трубчатой печи (П) Холодные утилиты – пропановый холод (ПрХ) и воздушное охлаждение (ВХ) 9 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ • Моделирование технологической схемы МАУ При моделировании технологической схемы МАУ были определены: - температурный режим работы установки; - количество тепловой энергии, которое необходимо подвести и отвести от технологических потоков. 10 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ • После моделирования технологической схемы МАУ были определены…. - «горячие» и «холодные» потоки технологического процесса. Горячие – потоки, которые необходимо охладить в технологическом процессе, холодные потоки требуют нагрева. - теплоемкости потоков СР • СР = - «холодные» технологические потоки - «горячие» технологические потоки - изменение энтальпии потока - количество тепла которое необходимо подвести/ отвести от потока, МВт Тs-Тt - разница между начальной и конечной температурами потоков, °С ΔН …и построены составные кривые горячих и холодных технологических потоков Пример построения составной кривой горячих технологических потоков: а - суммирование теплоты, имеющейся в каждом из температурных интервалов; б - формирование составной кривой 11 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ • Пинч-анализ технологической схемы Qрек Qгор Pinch Qхол Сравнение фактических показателей потребления энергии с полученными при пинч-анализе = потенциал энергосбережения за счет рекуперации тепловой энергии Наименование показателя Существующая схема Пинч-анализ ΔТmin =10°C Пинч-анализ ΔТmin =5°C Δ, % Холодные утилиты, кВт 19 260 16 540 15 440 14…20 Горячие утилиты, кВт 12 650 9 920 8 820 21…30 12 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ • Построение сеточной диаграммы существующей теплообменной сети при ΔТmin= 10°C 88,4°С Нагрузка на холодные утилиты Qc = 19 260 кВт Нагрузка на горячие утилиты Qh = 12 650 кВт 1 6 9 13 219 °С 33,9°С С -27°С -15,8°С С -26°С -1,5°С С -8,5°С С 14 15 93°С С 40,4°С С 3,3°С 4 -20,5°С -15,8°С 5 -18,8°С 19,7°С 78,4 °С 125 °С 221,6 °С 99,4 °С Н 168,6 °С 16 PINCH 8 -27°С Передача тепла через пинч ! 12 78,4°С 7 -26°С 14,3°С 10 35,2°С 3 1,5°С 21,2°С 99,4 °С 40,4°С 2 -27°С 34,5°С Q= 3,0 МВт -27°С 66,4 °С 11 53,9 °С 13 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК Оптимизация теплообменной сети МАУ • Построение сеточной диаграммы оптимизированной теплообменной сети при ΔТmin= 10°C Исключена передача тепла через пинч 33,9°С 88,4°С 1 Нагрузка на холодные утилиты Qc = 16 540 кВт Нагрузка на горячие утилиты Qh = 9 920 кВт 13 6 9 219 °С -15,8°С -1,5°С 15 93°С 40,4°С 3,3°С 34,5°С 21,2°С Q С -26°С С -27°С -8,5°С С С 40,4°С 35,2°С 2 -27°С 3 1,5°С 4 -20,5°С -15,8°С 5 -18,8°С 19,7°С 7 -26°С 14,3°С 8 -27°С 78,4 °С 99,4 °С 221,6 °С -27°С С 14 125 °С С 10 99,4 °С Н Н 168,6 °С 16 12 78,4°С PINCH 66,4 °С 11 53,9 °С 14 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК • Оптимизация теплообменной сети МАУ Q Сущность оптимизации ВХ-502 К-502 ВХ-502 К-502 Е-503 Абсорбционноотпарная колонна Е-503 АОК ШФЛУ ШФЛУ ВХ-503 ВХ-503 new И-503 К-503 К-503 Десорбер Десорбер И-503 Q new П-501 И-502 П-501 И-502 Е-505 Е-505 И-503 Т-506 Н-506 Существующая схема колонн К-502 и К-503 Т-506 Н-506 Модернизированная схема колонн К-502 и К-503 15 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГПК • • Экспертная оценка и эффект от оптимизации на основе пинч-анализа Снижение САРЕХ, Объем реконструкции энергозатрат, % млн. руб. Переобвязка, дооборудование новыми 20 25 теплообменниками Снижение ОРЕХ млн. руб/год 18 Следующий этап - проработка возможности и целесообразности внедрения цикла теплового насоса 95° С 1 С 6 С 9 С С 13 14 С 15 С 2 3 4 К 5 7 Q 8 10 Н Н 12 16 11 85°С Сеточная диаграмма теплообменной сети МАУ с тепловым насосом. 16 РЕЗЮМЕ Институт «НИПИгазпереработка», являясь центром компетенции СИБУРа в области тепло- массообменных процессов, обладает: - современными программным обеспечением, предназначенным для выполнения расчетов (тепловых, гидравлических, механических) основного технологического оборудования; - более чем 30-ти летним опытом разработки и внедрения технологических процессов. Это позволяет осуществлять выбор оборудования с высокой точностью и, таким образом, обеспечивать требуемые параметры работы теплообменных систем с минимальным потреблением энергоресурсов. ОАО «НИПИгазпереработка» открыт для взаимовыгодного сотрудничества и готов предложить свой опыт и ресурсы для решения задач повышения энергоэффективности, как действующих так и проектируемых технологических объектов. 17 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! © ОАО «НИПИгазпереработка», 2011 18