Transcript ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВ СИБУР-ХОЛДИНГА Докладчик: А. Светов г. Геленджик, Сентябрь 2012 г. СОДЕРЖАНИЕ • ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ.

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВ СИБУР-ХОЛДИНГА
Докладчик: А. Светов
г. Геленджик, Сентябрь 2012 г.
СОДЕРЖАНИЕ
• ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ. ЦЕЛЕВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ и ПОДХОДЫ
3
• ПОДХОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5
•
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ
СИБУР-ХОЛДИНГ
14
2
ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ. ЦЕЛЕВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Большинство газоперерабатывающих и нефтехимических
производств характеризуются высокой (в сравнении с западными
показателями) энергоемкостью выпускаемой продукции, что
обусловлено:
- консервативными технологиями и подходами к проектированию
установок, многие из которых построены 20…40 лет назад;
- широким использованием морально устаревшего оборудования;
- отсутствием систем мониторинга за использованием энергоносителей.
В 2011 г. за счет реализации корпоративной программы по
энергосбережению достигнуто снижение затрат на энергоресурсы
равное 2,7% от общих расходов на энергетику
Топ-менеджментом СИБУРа поставлена задача по ежегодному
снижению энергозатрат на 5 %.
Поистине серьезное стремление к какой-либо цели — половина успеха в ее достижении.
В. Гумбольдт
3
ТЕКУЩАЯ СИТУАЦИЯ. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПОДХОДЫ
Внедряемые в настоящее время энергосберегающие
мероприятия имеют локальный (поверхностный) характер
Экономичные
источники освещения
Локальная замена
теплообменного
оборудования
Внешние
источники
энергоснаб
жения
Высокоэффективные
градирни
Теплообменная
сеть
Система
разделения
Локальная замена
массообменных
элементов
Катализ
4
ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
РЕАЛИЗУЕМЫЙ ПРИНЦИП –
снижение энергопотребления «от технологии»
Почему нужно делать так:
Внешние
источники
энергоснабж
ения
Теплообменная сеть
Система
разделения
• Изменение глубоких слоев
процесса ведет к
пересмотру оптимизации
внешних слоев
• Меры, реализуемые на
внутренних слоях дают
гораздо более значимый
эффект
Реакторная
система
5
ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ НАМИ АЛГОРИТМ
Анализ
существующей
системы
разделения (СР)
•Математическое
моделирование
производства
•Определение
оптимальных
параметров
проведения
процесса
ректификации
Варианты
реконструкции
СР
•Внедрение
принципов
термодинамически
обратимой
ректификации
•Частичная
интеграция
тепловых потоков
•Полная интеграция
тепловых потоков
•Замена контактных
устройств
Анализ
теплообменной
системы (ТС)
•Пинч-анализ
теплообменной
сети
•Интеграция
тепловых потоков
•Анализ
необходимости
реконструкции
теплообменных
аппаратов
Реконструкция
ТС
Анализ внешних
источников
энергоснабжения
•Переобвязка
теплообменников
•Интеграция циклов
теплового насоса
•Замена
теплообменного
оборудования
•Оптимизация
систем
энергоснабжения
•Реконструкция
теплообменного
оборудования
•Рекомендации по
применению
•Применение
современных
современных типов изолирующих
теплообменного
материалов
оборудования
•Анализ потерь
энергии в ОС
6
ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
МАКСИМИЗАЦИЯ ЭФФЕКТОВ
Разработка и внедрение комплексных энергосберегающих
мероприятий, которые охватывают все технологические блоки
предприятия, дает максимальный эффект
ОРЕХ
7
ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Проработка
комплекса
инструментов
повышения
энергоэффективности
Согласование решений
с техническими
специалистами
производств
Получение
максимального
количества объективных
исходных данных
Максимальная
вероятность
эффективного
внедрения и
достижения
целевых
результатов
8
ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
 ВНЕДРЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОБРАТИМОЙ
РЕКТИФИКАЦИИ
ЦЕЛЬ – исключение зон «вредной» необратимости и, следовательно, повышение КПД
процесса
Зоны обратимого смешения
Зоны необратимого смешения
Комплекс с полностью связанными
тепловыми и материальными
потоками
9
ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ
МАССООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ
Позволяет :
- снизить энергозатраты на процессы разделения.
Низкий КПД тарелок приводит к необходимости увеличения орошения и, следовательно ,
подводе в колонну дополнительной тепловой энергии
- увеличить производительность действующих установок (при модернизации
действующих объектов) или уменьшить габаритно-массовые характеристики нового
оборудования
10
ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО
ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Обеспечивает :
- снижение энергозатрат за счет увеличения степени рекуперации тепловой энергии и,
следовательно, снижения ее подвода;
- уменьшение капитальных затрат вследствие компактности данного оборудования;
- увеличение степени извлечения целевой продукции.
11
ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ (цель – увеличение
степени рекуперации тепловой энергии в технологическом процессе) :
- Пинч-анализ и оптимизация теплообменных сетей
мин. расход тепла
ТЕМПЕРАТУРА
ПИНЧ точка
возможность
рекуперации
тепла
мин. расход холода
ЭНТАЛЬПИЯ
- Оптимизация источников энергоснабжения
12
ИНСТРУМЕНТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
 ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН
В процессах разделения при помощи тепловых насосов возможно использование
теплоты сжатия верхних паров ректификационных колонн для нагрева и испарения
кубовых продуктов.
В результате достигается снижение потребления
энергоресурсов от внешних источников
Компрессорный агрегат
Охл. вода
Х
флегма
питание
И
питание
К
Н
К
пар
Е
флегма
КА
пар
пар
И пуск
И
И
кубовый
продукт
конденсат
дистиллят
кубовый продукт
Традиционная схема
Схема с тепловым насосом
13
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Уралоргсинтез. Газофракционирующая установка
Наиболее энергозатратный - узел выделения и
разделения бутановой фракции – колонны К-2 и К-3
14
Принципиальная фактическая технологическая схема колонн К-2 и К-3
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Уралоргсинтез. Газофракционирующая установка
• Применение принципов термодинамически обратимой ректификации
Проект А - Интеграция верхних паров колонны К-2 в колонну К-3 обеспечила снижение
энергозатрат на ректификацию
Т-9
Н-5
Фракция i-C4
Фракция С4+
К-2
К-3/2
К-3/1
Т-5
Пар
Фракция С5+
Т-8
Пар
Фракция n-C4
Н-13
15
- новые технологические потоки
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Уралоргсинтез. Газофракционирующая установка
• Применение принципов термодинамически обратимой ректификации
Проект В – полностью связанные материальные и тепловые потоки –
интеграция верхних паров и кубового продукта колонны К-2 в К-3
Необходима замена тарелок в К-3
Т-9
Н-5
Фракция i-C4
Н-3
Фракция С4+
К-2
Фракция n-C4
К-3/1
К-3/2
Т-8
Пар
Н-13
Фракция С5+
16
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Уралоргсинтез. Газофракционирующая установка
• Применение принципов термодинамически обратимой ректификации и
интеграция цикла теплового насоса
Т-9
Н-5
new
Фракция С4+
Фракция i-C4
КС
К-2
Т-8 (сущ.)
пуск.
Т-5
Пар
Фракция С5+
К-3/2
К-3/1
Пар
new
Н-13
Фракция n-C4
17
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Нижневартовский ГПК
Установка, предназначенная для переработки ПНГ в СОГ и ШФЛУ,
методом низкотемпературной абсорбции. Производительность – 1,9 млрд. м3 ПНГ в год
Сбросной газ в топливную сеть
Принципиальная технологическая схема МАУ
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)
18
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Нижневартовский ГПК
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
19
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Нижневартовский ГПК
Построение сеточной диаграммы существующей теплообменной сети
установки при минимальном сближении температур 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
20
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Нижневартовский ГПК
Оптимизация теплообменной сети МАУ.
Исключена передача тепла через пинч
88,4°С
Нагрузка на холодные утилиты Qc = 16 540 кВт
Нагрузка на горячие утилиты Qh = 9 920 кВт
13
1
6
9
219 °С
33,9°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
21
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Нижневартовский ГПК.
Сущность оптимизации теплообменной сети МАУ
Q
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-503-1
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
22
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Тобольск-Нефтехим. Газофракционирующая установка ГФ-2
ЭПФ
Т-2
Т-2
Т-23
Т-2А
Т-4
Т-3
Н-1
Т-23А
Т-2А
Т-4
Е-1
К1/1
СГ
Е-1
К-1/
2
Н-6
Т-1
Е-6
К-6
Н-6
Н-1
Н-10
Т-22
Т-1
Т-3
на факел
СГБ
Т-9
Т-6
Т-9
Е-2
БФ
ПФ
К-2
Н-2
Т-5
Т-9А
Т-9А
Т-6А
Е-3
Е-3
Н-16
К3/1
Н-3
К-3/
2
Т-7
Н-3
Т-7
ИБФ
Т-14
ШФЛУ
Принципиальная проектная технологическая схема ГФ-2
23
Температура, °С
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Тобольск-Нефтехим. Газофракционирующая установка ГФ-2
• Увеличение степени рекуперации тепловой энергии
Пинч-анализ проектной технологической схемы показал возможность
дополнительной рекуперации тепла при изменении давлений в К-2 и К-3
Верхн.
Пары К-2
Куб К-3
Тепловая энергия, кВт
24
Температура, °С
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Тобольск-Нефтехим. Газофракционирующая установка ГФ-2
• Увеличение степени рекуперации тепловой энергии
Рекупераци
я тепла (В1)
Верхн.
Пары К-2
Куб К-3
Верхн.
Пары К-3
Тепловой
насос (В2)
Тепловая энергия, кВт
Пинч-анализ проектной технологической схемы ГФ-2 при изменении режимов работы
колонн К-2 и К-3 показывает возможность увеличения степени рекуперации тепла и
оптимальную интеграцию теплового насоса в системе разделения
25
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Тобольск-Нефтехим. Газофракционирующая установка ГФ-2
• Проект В1 - оптимизация технологического режима и увеличение
рекуперации тепловой энергии
на факел
Т-9
Т-9
Р
Р
Р
Т-6
Т-9А
Т-9А
Е-2
Е-3
Е-3
К-3/1
К-3/2
К-2
Н-2
Н-3
Н-3
Н-16
Т-7
Т-7
Т-7
Т-5
Т-7
Q
Q
ИБФ
Т-14
- новые технологические линии
- новое оборудование
26
Сущность модернизации технологической схемы ГФ-2 по Проекту В1
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Тобольск-Нефтехим. Газофракционирующая установка ГФ-2
• Проект В2 - решения по проекту В1, дополненные циклом
теплового насоса колонны К-3
N
КС-2
Т-9
Т-9А
Е-2
Е-3
Е-3
К-3/1
К-3/2
К-2
Н-2
Н-3
Н-3
Н-16
Т-7
Т-7
Т-7
Т-7
Т-5
Т-14
- новые технологические линии
ИБФ
- новое оборудование
27
Сущность модернизации технологической схемы ГФ-2 по Проекту В2
РЕШЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫЕ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СИБУР-ХОЛДИНГ.
Показатели экономической эффективности разработанных решений
ОБЪЕКТ
ПРОЕКТ
Экономия
энергоресурсов, %
Экономия
OPEX, млн.
руб./год
CAPEX,
млн. руб.
NPV, млн.
руб.
Диск. срок
окупаемости
DPP, мес.
Проект А – интеграция верхних
паров колонны К-2 в К-3
heat – 11
cold – 10
9,8
9,2
59,4
15
Проект В – полная интеграция
тепловых и материальных
потоков К-2 в К-3
heat- 30
cold – 28
27,8
96,6
180,1
45
Проект С – Проект А + тепловой
насос колонны К-3
heat - 67
cold - 48
45,6
179,4
157,0
50
heat – 23
cold – 14
17
65
72
46
ЦГФУ. УралОргСинтез
МАУ-3,4. Нижневартовский ГПК
Увеличение степени рекуперации
тепла на основе пинч-анализа
Газофракционирующая установка ГФ-2. Тобольск-Нефтехим
Проект В1 – увеличение степени
рекуперации тепла
heat – 24
cold – 25
82
160
452
28
Проект В2 – Проект В1 + тепловой
насос колонны К-3
heat – 38
cold – 37
101
486
252
58
28
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!
Светов А.А.
Тел.: (861) 238-60-60, доб. 61-16
E-mail: [email protected]
© ОАО «НИПИгазпереработка», 2012