Увеличение мощности и уменьшение энергии для существующих столбцов НПЗ distallation

Реакции и увольнения

Этот метод оптимизации существующей системы дистилляции и теплообменник сети одновременно, снижение энергопотребления и высвободить потенциал на минимальном вложении капитала.

Ректификационные колонны являются одними из крупнейших потребителей энергии в химической промышленности, в частности, в нефтеперерабатывающей промышленности. Модернизация заводов проектов в основном направлены на сокращение потребления энергии и увеличения пропускной чтобы увеличить прибыль и удовлетворить потребности рынка. Как правило, растения стремиться к достижению своих целей модифицированной за счет использования существующего оборудования эффективно, вместо установки новой башни и теплообменников, что требует значительных капиталовложений.

Модернизация схемы

Ряд изменений был предложен к колонне и дистилляции сети теплообменник для достижения этих двух целей. Ситтиг предлагает внести изменения в целях повышения эффективности системы дистилляции, включая установку новых внутренних с более высокой эффективностью, использование промежуточных ребойлеры и т.д. (1). Баннон Марпл и рекомендуем сделать другие изменения, колонки, такие как установка насоса обходные в подходящих местах в блоке и регулировки охлаждения обязанность для каждого насоса первенство (2). Харберт идея заключается в установке предварительного единиц $ золы или prefractionators до сырой блок перегонки нефти. Это позволит сэкономить энергию и увеличить пропускную способность колонны (3).

Риверо и Анайя требуют установки дополнительных лотков, а также добавить ребойлеры для зачистки колонны (4). Фрейзер и Слоли предложить увеличение пропускной способности сырой нефти единиц, добавив насоса площадок, снижение рабочего давления и увеличение накладных расходов preflash пара (5). В системах завода дистилляции, энергоэффективность процесса сильно зависит от конструкции сети теплообменник. Например, пошлины и понижение температуры на каждой из них по-влияет на количество тепла могут быть восстановлены, и связей между теплообменники (также известный, как спички) и теплообменник областях определить, сколько тепла действительно выздоровел.

В течение последнего десятилетия или около того щепотку анализ был применен для определения изменений в колонну и сети теплообменника. Linnhoff и идея дикая собака является использование большого составной кривой столбца (CGCC) для определения подходящих модификаций, что позволит сэкономить энергию (6). Дикая собака и Букингемский распространили этот метод по экономии энергии и ликвидацией узких мест системы завода дистилляции. Их метод состоит из трех этапов (7). Во-первых, колонки изменения производятся в соответствии с CGCC, то конструкция теплообменника сеть изменила экономить энергию за счет добавления новых поверхность теплообмена, и, наконец, изменения конструкции возбуждено по debottleneck договоренности.

Либман подход является 2-шаговый метод для переоборудования (8). Ректификационной колонны является первым изменение сократить спрос на энергию, а CGCC содержит рекомендации по улучшению рекуперации тепла потенциал. После этого столбца remodified, а затем повторный анализ CGCC дальнейшего увеличения рекуперации тепла. Все, два уровня намечаются модификации, которые являются относительно недорогими и те, которые требуют больших инвестиций. Примеры недорогих модификаций включают трубопроводы изменения, чтобы избежать смешивания в отличие от потоков вместе, и корректировки зачистные Расходы, приведенные пара. Капиталоемкие варианты включают в себя замену и перемещение внутренних каналов и розыгрышах.

Вивеса и др.. (9) успешно применяется модифицированная Либман подход обнаружить изменения для сокращения потребления энергии в единицу перегонки сырой нефти. Bagajewicz и др.. адаптированы подход Либман в связывая щепотку анализа со строгим моделирования и оптимизации операционной столбца параметров (10).

Улучшенный метод

Как полезными они ни были, ни один из этих модифицированных методов оценивает существующие теплообменник сети вместе с сырой колонке дистилляции. Кроме того, они не обеспечивают системный подход к модернизации. Скорее, они предлагают различные модификации. Эти методы страдают от еще двух недостатков: некоторые из предложенных изменений колонке потребует значительных капиталовложений, тогда как другие иногда нарушают такие ограничения, такие как максимальная емкость лотка. Такой подход направлен на определение набора условий эксплуатации существующего столбца перегонки, которые позволят существующие сети теплообменника (изменение теплообмена путем добавления или изменения области трубопроводов договоренностей между обменников, например), чтобы лучше восстановить тепло. Гидравлические пределах столбца ограничить которых проектные решения могут быть рассмотрены.

Таким образом, мы предлагаем системный подход к модернизации существующих НПЗ колонны дистилляции. Этот метод одновременно считает, что существующие теплообменник сети наряду с сокращение потребления энергии и увеличения пропускной способности существующей установки дистилляции.

База, используемая

оптимизации рамках авторов использует модели колонны и теплообменника сети, а также щепотку анализа. Оптимизация осуществляется с помощью последовательного квадратичного программирования (ПМК) решатель. Решатель использует алгоритм, который направлен на большой, редкий нелинейных программ. В сущности, квадратичной аппроксимации очень нелинейная задача решается во время каждой итерации (11).

Система представляется с помощью модифицированной модели столбца и теплообменник сети модифицированной модели. Столбец отражает модель отношений между условий эксплуатации, качества продукции и колонные. Теплообменник модели представлены результаты детального изучения вариантов совершенствования рекуперации тепла в сети, делая небольшие изменения теплообмена оборудовании и его конфигурации. Например, последовательность теплообменников могут быть изменены или новый теплообменник может быть установлен.

Колонке дизайн оптимизированы с помощью этих двух моделей. То есть, его эксплуатации выбраны для столбца с фиксированной дизайн (заданное число этапов, диаметр, корма и сделать местах и т.д.), чтобы минимизировать сумму коммунальных расходов и инвестиций в сети теплообменник. Сети модифицированной модели, используемой для расчета го стоимость дополнительной площади теплообмена в процессе оптимизации. Таким образом, оптимизация пары две независимые модели, и составляет взаимодействия между конструкцией колонки и тепло-exchangernetwork производительности.

Колонке модифицированной модели используются существующие параметры, такие как количество этапов и их распространения, мест конденсатора, reboiler и насос-основания, а также технических характеристик продукта. Теплообменник сети модифицированной модели учтены детали сети, такие, как теплоотдачи районов и обязанностей для каждого обменника, существующие матчи, и существующие потребления энергии.

Во время оптимизации, пользователь может варьироваться операционной столбца условий, таких, как изменение температуры подогрева корма, потоки пара к каждому разделу, рефлюкс отношение и перепада температуры и потока жидкости перерабатывается насос - обходные пути для минимального потребления энергии. Гидравлические трудности и ограниченность возможностей существующего столбца учитываются в этом процессе.

Оптимизация существующей установки дистилляции НПЗ определяет оптимальный процесс изменения минимального потребления энергии. С модифицированной дизайн не изменить размеры или внутренние колонны, что эти изменения не требуют крупных капиталовложений. Скорее, они просто изменения в условиях эксплуатации. Сокращение потребления энергии в существующих сырой блок дистилляции позволяет колонке пропускная способность расти, в связи с результатом сокращения объема пара. При определении максимального увеличения пропускной способности, определяет модель любого столбца узких мест, которые будут ограничивать этот рост, и оценивает предлагаемые изменения для ликвидацией узких мест.

Для запуска модели, код FORTRAN была разработана, что позволяет моделировать с помощью укороченной модели, а также был создан интерфейс между кодом и строгий пакета моделирования. Это позволило пользователям получить термодинамические и физические данные для устройств и pseudocomponents.

Строгой моделирования была впервые исполнена на существующих условиях (базовый вариант) для инициализации в контекстном расчетов, например, с указанием ключевых компонентов и их восстановление, а также соответствия продукта Расходы, приведенные тем, кто в существующие операции. Это строгое моделирование должно дать достаточно точное представление о продукте потоков и композиции, пара потоков, насосных вокруг пошлин, Расходы, приведенные и перепадах температур, в частности. Результаты моделирования полезны в проверке обоснованности колонке модифицированной модели, а также для инициализации этой модели. Руководство по эксплуатации программного обеспечения для моделирования, что читатель использует будет давать указания о том, как строго модель колонны завода. Дальнейшие инструкции по настройке задачи находятся в работе. 12.

Модификация модели для столбца

Аналогичные модифицированной модели могут быть написаны для ректификационные колонны, которые используют пар зачистки. В этом случае последовательных вычислений вспышки используются для моделирования зачистки разделе (12). 2 модифицированной модели связать продукт композиций существующих ряд этапов, распределение стадий, а существующие условия работы. Модели лечения ректификационной колонны фиксированной и вычислить продукт потоков, температуры, состава и функций. Это обеспечивает основу для оптимизации существующих столбца.

Гидравлический анализ

Ярмарка (14) дает значения параметров, В и С содержится в формуле. 8. Кистер (15) списки наводнения корреляции для целого ряда внутренних и условий эксплуатации. Корреляции и параметры, используемые должна соответствовать существующим внутренним и дают разумные предсказания увлечения характеристики наводнения. В уравнении. 11, дизайн скорости U ^ ^ суб-де-менее наводнения скорости U ^ ^ макс к югу. Некоторые фактор безопасности. Как правило, U ^ ^ к югу де составляет 70-80% от U ^ югу тах.

Расчет диаметров ректификационной колонны позволяет анализировать производительность гидравлической колонны. Диаметр профиля вдоль колонны получены путем построения диаметров для разных стадий по сравнению с этапом номер. Этот профиль позволяет выявить узкие колонки, которые ограничивают пропускную аксессуара. Колонка Узкие места возникают на тех этапах, в которых требуется диаметр больше, чем существующий. Диаметр расчеты позволяют существующие ограничения гидравлических Тион колонке следует рассматривать в рамках оптимизации. Таким образом, в ходе этого процесса, диаметр рассчитывается на ключевых этапах. Затем, рассчитанные диаметры по сравнению с существующими, чтобы гарантировать, что существующие диаметры не превысил, в противном случае налагается штраф. Таким образом, оптимальное колонке дистилляции не будет препятствий.

Модификация модели для сетевого теплообменника Эта модель рассчитывает необходимое области модернизированных

Теплообменник модифицированной модели математически описывается модифицированной кривой существующей сети теплообменника (например, Рисунок 1). Кривой модифицированной это графическое представление столицы энергии компромиссов в существующие сети теплообменник, состоящий из модифицированной участок площадь против спроса на энергоносители. Модель основана на сети щепотку разработан Асанте и Чжу (16).

Количество тепла, что может быть достигнуто ограничивается сети шнура. Сеть щепотку анализ показывает, что топология изменения (например, resequencing теплообменников, установку новых теплообменников) необходимы, чтобы преодолеть ограничения вызваны шнура. Для изменения топологии нет, сеть оптимизирована путем добавления районе существующих подразделений обменника. Белая полоса под кривой на рисунке 1 показывает, дополнительные мощности теплообменника, необходимых для модернизации.

Теплообменник сети модифицированной модели просто считает, что общий спрос на энергию и общее требование области, что значительно упрощает характеристику сети теплообменника во время процесса оптимизации. Модель позволяет выгоды от экономии энергии должна соизмеряться с капиталовложений, необходимых для изменения теплообменника сети. Более подробная информация о модели находятся в работе. 12, и они должны помочь читателю в выполнении его или ее собственного анализа.

Обратите внимание, что столбец конфигурации до и после оптимизации те же.

Оптимизации рамках

Оптимизации считает детали существующей сети теплообменник одновременно с существующими сырой колонке дистилляции и составляет гидравлических ограничений столбца. Рисунок 1 иллюстрирует подход. Обратите внимание, что столбец конфигурации до и после оптимизации те же.

Общая стратегия состоит из:

1. Разобрать сырой колонке перегонка в эквивалентную последовательность простых колонн, моделируется с помощью модели модернизации.

2. Моделирование существующей сети теплообменник использованием модифицированной области модели.

3. Одновременно оптимизации условий эксплуатации существующих операции дистилляции чтобы свести к минимуму суммы расходов на коммунальные услуги и дополнительные расходы, площадь теплообменника.

4. Взяв в качестве фиксированных, существующих ряд этапов, конфигурацию столбца и диаметров.

Пример

Этот подход был судим, используя данные из фактической блока (рис. 2). Номера внутри колонки представляют собой ряд этапов в каждой секции; отметить, что эта запись отличается от используемого на рисунке 1. Сетки на рисунке 2 представляет собой процесс потоков, теплообменники между ними, и любые другие обогревательные приборы, холодильники, в том числе печи и пара обогревателей. Горячих потоков (т. е. те, которые требуют охлаждения) бежать слева направо, в то время холодной реки текут справа налево. Цифры в кружках стоять теплообменник сетки для отдельных теплообменников в сети. Вертикальные линии представляют собой теплообмен между технологических потоков. На этом рисунке показан базовый вариант, то есть до оптимизации.

Однако, чтобы увеличить пропускную способность потребует использования большего диаметра, чем существующие в некоторых разделов внутри колонки. Поэтому, чтобы увеличить свой потенциал, колонки должны быть debottlenecked. Модель колонны и гидравлического анализа определены узким местом разделов. Предлагаемые изменения, которые могут устранить узкое место показаны на рисунке 3. Части 1 и 3 на рисунке указывают на рост количества тепла, снимаемых во время pumparound; Часть 2 представляет собой сокращение потока отдувки и, следовательно, общий расход пара, и части 4 иллюстрирует снижение температуры и, следовательно, доля паров колонны канал. Контурный стрелками, друг к другу означает, что требуемого диаметра снизится.

Оптимизирован дистилляции имеет 20%-ное увеличение пропускной способности и требует 94,8 МВт отопления. Экономия эксплуатационных расходов составляет $ 1,9 млн. в год, по отношению к базовому сценарию, со сроком окупаемости менее 1 год.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ситтиг, М., "нефтеперерабатывающей промышленности энергосбережения и охраны окружающей среды," Нойес данных корпорации, Парк-Ридж, штат Нью-Джерси (1978).

2. Баннон, Р. и С. Марпл ", рекуперации тепла в углеводородных перегонки," Хим. Eng. Прогресс, 74 (7), с. 41-45 (июль 1978). 3. Харберт, WD ", Preflash экономит энергию в сырой группы", углеводорода. Сб., 57 (7), с. 23-125 (1978).

4. Риверо, Р. и А. Анайя, "Эксергия Анализ дистилляции Башня на сырую нефть Фракционирование" и "автоматизации энергетических систем анализа," Proc. Зимы ежегодное совещание ASME, 1 (11), с. 25-30 и 55-62, Dallas, TX (1990).

5. Инструменты Фрейзер, AC и AW Слоли, "Рассмотрение Моделирование Реконструкция существующих технологических установок", углеводорода. Сб., 79 (6), с. 57-63 (2000).

6. Дикая собака, Р., Б. Linnhoff, "Цели ректификационной колонны," Компьютеры Chem. Eng., 17 (5 / 6), с. 549-560 (1993).

7. Дикая собака, В. и П. Buckingham, "НПЗ Колонка интеграции для De-bottlenecking и энергосбережения," документ представлен на IV ESCAPE Conf. Дублин, Ирландия, авторами которого IChemE, регби, Великобритания (март 1994).

8. Либман, К. "," Комплексное нефти Перегонка Дизайн ", кандидатская диссертация, UMIST, Манчестер, Великобритания (1996).

9. Брионес, В. и др. /. ", Пинч анализа, используемого в Ретрофит Дизайн дистилляции," Нефть

10.Bagajewicz, М., и др.., "Энергосбережение горизонты для фракционирования сырой," Компьютеры Chem. Eng., 23 (1), с. 1-9 (1998).

11.Biegler, LT и др.., "Систематический Методы химического Design Process", с. 761-763, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ (1997).

12.Gadalla, М., "Модернизация Дизайн Тепло-Комплексной нефти Перегонка Системы", кандидатская диссертация, UMIST, Манчестер, Великобритания (2003).

13.Suphanit, B., "Разработка комплекса дистилляции Системы", кандидатскую диссертацию. UMIST, Манчестер, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (1999).

14.Fair, J. R, "Как предсказать сито увлечения задач и наводнение", Petrolchem. Engr., 33 (10), с. 45-62 (1961).

15.Kister, H., "Перегонка Дизайн", McGraw-Hill. Нью-Йорк, гл. 6 (1992).

16.Asante, NDK и XX Чжу, "Автоматизированные и интерактивного подхода для тепловых сетей Модернизация теплообменника," Trans. IChemE, 75, часть, с. 349-360 (март 1997).

Мамдух GADALLA, Меган Джобсон и Робин Смит,

UMIST

Мамдух GADALLA недавно защитил докторскую степень в UMIST, кафедра интеграции процессов (PO Box 88, Манчестер M6o иракских динаров, Великобритания Он четыре года исследований и опыт преподавания с атомной энергии Египта и Химическое и нефтегазовое машиностроение кафедра Объединенные Арабские Эмираты Univ. Gadalla конструкции оборудования для переоснащения подразделений сырой нефти дистилляции. Он имеет степень бакалавра и магистра в области химического машиностроения в Каире Univ.

MEGAN Джобсон преподает на факультете процесса интеграции в UMIST (телефон: +200 44 16L 4381, факс: +44 161 236 7439, E-почта: <A HREF = "mailto: m.jobson @ umist.ac.uk" > @ m.jobson umist.ac.uk </ A>). Она проводит исследования, преподает и проводит промышленных исследований по синтезу и дизайн дистилляции, поглощения и реактивной увольнений. Ранее она работала в качестве технолога в пищевой промышленности. Она сделала ее дипломной работой в области химической инженерии в Univ. Кейптаун, Южная Африка и имеет докторскую степень в этой же сфере Univ. Витватерсранда в Йоханнесбурге, Южная Африка.

ROBIN Смит профессором и заведующим кафедрой интеграционного процесса в UMIST (телефон; 16L 44 200 4382, факс: 44 16L 200 4382, факс: 236 44 i6l 7439, E-почта: <A HREF = "mailto: г . smith@umist.ac.uk "> r.smith umist.ac.uk @ </>). Он имеет обширный опыт работы с промышленными Rohm