Интеграция тепловых насосов в процесс производства этилбензола с использованием Petro-SIM и Пинч-анализа

Постановка задачи

Классическая тепловая интеграция (HEN) химических процессов часто упирается в термодинамический барьер (Pinch). Для дальнейшего снижения затрат энергоносителей на установке производства этилбензола (ЭБ) необходимо было оценить целесообразность и точки внедрения промышленных тепловых насосов (Heat Pumps, HP) [cite: 13].

Программное обеспечение

Petro-SIM (или аналогичные HYSYS / UniSim Design), инструменты построения Гранд Составных Кривых (GCC) [cite: 13].

Методы и алгоритмы

1. Базовое моделирование: Создана строгая модель процесса алкилирования, уточнены теплофизические свойства потоков [cite: 13].

2. Пинч-анализ и Гранд Составная Кривая (GCC): Извлечены данные о горячих и холодных потоках, построена новая сеть теплообменников (HEN). Использование инструмента GCC позволило выявить потенциальные точки для размещения теплового насоса таким образом, чтобы он "перекачивал" тепло с уровня ниже Пинча на уровень выше Пинча (в соответствии с правилами Таунсенда-Линнхоффа) [cite: 13].

3. Выбор типа теплового насоса: На базе термодинамических параметров рассматривались различные циклы (парокомпрессионный, транскритический, цикл Джоуля). Критерием выбора служило отношение потерь эксергии к общим капитальным вложениям (COP в эксергии на общие годовые затраты) [cite: 13].

Процесс валидации

Расчеты валидировались по профилям композитных кривых. Специфика процесса этилбензола заключалась в том, что простое снижение движущей силы теплообмена ($\Delta T_{min}$) не давало значительной экономии из-за формы композитных кривых, что доказывало необходимость внедрения HP [cite: 13].

Итоговые результаты

Разработан комплексный алгоритм размещения тепловых насосов для многокомпонентных смесей на основе симулятора Petro-SIM. Показано, что применение теплового насоса совместно с Пинч-интеграцией (deep integration) позволяет достичь максимальной энергоэффективности без кардинальных изменений в самой технологии [cite: 13].

Источник

Источник

Теги

• #PetroSIM
• #PinchAnalysis
• #HeatPump
• #Ethylbenzene
• #EnergyOptimization